一阶段是含碳有机聚合物的水解。纤维素、半纤维素、果胶、淀粉、脂类、蛋白质等非水溶性含碳有机物，经菌水解发酵生成水溶性糖、醇、酸等分子量较小的化合物，，以及氢气和二氧化碳；

第二阶段是各种水溶性产物经微生物降解形成底物，主要是、氢气和二氧化碳；

第三阶段是产菌转化底物生成CH4和CO2。另外，在沼气发酵过程中还存在某些逆向反应，即由小分子合成大分子物质的微生物过程；

从有机物质厌氧发酵到形成，是非常复杂的过程，不是一种菌所能完成的，是由很多菌参与联合作用的结果。
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反应器内水力条件

由于上下折流板的阻挡和分隔作用，使水流在不同隔室中的流态呈完全混合态(水流的上升及产气的搅拌作用)，而在反应器的整个流程方向则表现为推流态。从反应动力学的角度来看，这种完全混合与推流相结合的复合型流态十分利于保证反应器的容积利用率、提高处理效果及促进运行的稳定性，是一种的流态形式。同时，在一定处理能力下，这个复合型流态所需的反应器容积也比单个完全混合式的反应器容积低很多。相反，存在于沉淀区内的膨胀的污泥层另一方面，存在一定可供污泥层膨胀的自由空间是很有必要的，以防止重的污泥在暂时性有机或水力负荷冲击下流失。
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而升流式厌氧污泥床UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注：以下简称UASB）工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。UASB厌氧反应器由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。
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