污泥厌氧消化是指污泥在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解为CH4、CO2、H2O和H2S的消化技术。它可以去除废物中30%～50%的有机物并使之稳定化，是污泥减量化、稳定化的常用手段之一，是大型污水厂最为经济的污泥处理方法。

污泥厌氧消化是对有机污泥进行稳定处理的最常用的方法，可以处理有机物含量较高的污泥。有机物被厌氧分解，随着污泥的稳定化，产生大量的高热值的沼气作为能源利用，使污泥资源化。适用于大型污水处理厂(站)的污泥处理方法。

污泥厌氧消化是一个多阶段的复杂过程，对厌氧消化的生化过程有两段理论、三段理论和四段理论。其中三段理论指需要经过三个阶段，即水解、酸化阶段，乙酸化阶段，甲烷化阶段。各阶段之间既相互联系又相互影响，各个阶段都有各自特色微生物群体。

一般水解过程发生在污泥厌氧消化初始阶段，污泥中的非水溶性高分子有机物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物质。水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，还有乙醇、二氧化碳。

水解阶段产生的简单可溶性有机物在产氢和产酸细菌的作用下，进一步分解成挥发性脂肪酸（如丙酸、乙酸、丁酸、长链脂肪酸）醇、酮、醛、二氧化碳和氢气等。该过程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。

甲烷化阶段发生在污泥厌氧消化后期，在这一过程中，甲烷菌将乙酸（CH3COOH）和H2、CO2分别转化为甲烷， 如下：

2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2↑

4H2+CO2→CH4+ 2H2O

在整个厌氧消化过程中，由乙酸产生的甲烷约占总量的2/3，由CO2和H2转化的甲烷约占总量的1/3。

在污泥厌氧消化过程中，温度对有机物负荷和产气量有明显影响。根据微生物对温度的适应性，可将污泥厌氧消化分为中温（一般30~36℃）厌氧消化和高温（一般50~55℃）厌氧消化。研究表明，在污泥厌氧消化过程中，温度发生±3℃变化时，就会抑制污泥消化速度；温度发生±5℃变化时，就会突然停止产气，使有机酸发生大量积累而破坏厌氧消化。

研究表明，污泥厌氧消化系统中，各种细菌在适应的酸碱度 范围内，只允许在中性附近波动。微生物对pH的变化非常敏感。水解与发酵菌及产氢、产乙酸菌适应的pH范围为5.0~6.5，甲烷菌适应的pH范围为6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化过程的反应速度超过甲烷化过程速度，pH就会降低，从而影响产甲烷菌的生活环境，进而影响污泥厌氧消化效果，然而，由于消化液的缓冲作用，在一定范围内避免这种情况的发生。

消化液是污泥厌氧消化过程血红有机物分解而产生的，其中含有除了CO2和NH3外，还有以NH4NCO3形态的NH4+，HCO3-和H2CO3形成缓冲体系，平衡小范围的酸碱波动。如下：

H+ + HCO3- →H2CO3

在污泥厌氧消化中，每一种所谓有毒物质是具有促进还是抑制甲烷菌生长的作用，关键在于它们的毒阈浓度。低于毒阈浓度，对甲烷菌生长有促进作用；在毒阈浓度范围内，有中等抑制作用，随浓度逐渐增加，甲烷菌可被驯化；超过毒阈上限。则对微生物生长具有强烈的抑制作用。

厌氧消化可分为人工消化法与自然消化法。

在人工消化法中，根据池盖构造的不同，又分为定容式(固定盖)消化池和动容式(浮动盖)消化池。

按容量大小可分为小型消化池(1500～2500 m3)、中型消化池(2500～5000 m3)、大型消化池(5000～10000 m3)。

按消化温度的不同又可分为低温消化(低于20℃)、中温消化(30～36℃)和高温消化(45～55℃)三种形式。

按消化池的效率不同可分为常规消化和高效消化。

按运行方式可分为一级消化、二级消化。

1．一级消化

一级消化指在一个消化装置内完成消化全过程，这种消化池内一般不设搅拌设备，因而池内污泥有分层现象，仅一部分池容积起到对有机物的分解作用，池底部容积主要用于储存和浓缩熟污泥。由于微生物不能与有机物充分接触，消化速率很低，消化时间很长，一般为30～60 d。因此一级消化工艺仅适用于小型装置，已很少应用。

2．二级消化

二级消化指将消化池一分为二，污泥先在第一级消化池中(设有加温、搅拌装置，并有集气罩收集沼气)进行消化，经过7～12 d旺盛的消化反应后，排出的污泥送入第二级消化池。

第二级消化池中不设加温和搅拌装置，依靠来自一级消化池污泥的余热继续消化污泥，消化温度为20---26℃，产气量约占总产气量的20%，可收集或不收集，由于不搅拌，第二级消化池兼有浓缩功能。二级消化是对一级消化的改善，由于中温消化的前8 d里产生的沼气量约占总产气量的80%，在一级消化中，污泥中温消化有机物的分解程度为45%～55%，消化污泥排入干化厂后将继续分解，产生的污泥气体逸入大气，既污染环境又损失热量，而二级消化则可以很好地解决此类问题。因此采用二级消化是比较合理的。