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厌氧消化（英语：anaerobic digestion）是微生物在缺乏氧气的环境中，进行生物降解的一系列过程。它可用于处理工业或生活废物，并生产燃料。很多用于工业生产的食品和饮料产品的发酵，以及家庭发酵，采用厌氧消化。

厌氧消化天然存在一些土壤中和存在湖泊和海洋盆地的沉积物中，它通常被称为“无氧活动”。这是1776年由伏打发现的沼气甲烷的来源。

厌氧消化用于可生物降解的废物和污水，作为一个综合废物管理系统的一部分，减少垃圾和减少排放气体到大气中。一般农作物也可以被送入厌氧沼气池，产生能量。

厌氧消化被广泛用作可再生能源的来源，微生物产生的沼气、甲烷、二氧化碳和其他污染物。这沼气可直接用于燃料，热电联产和电力燃气发动机，或提炼成天然气。它可产生出沼气作为燃料取代化石燃料，也可产生营养丰富的沼渣可以用作肥料。

厌氧菌在新陈代谢过程中，因所产生之能量较低，故细菌之生长缓慢，世代时间（generation time）较长，以葡萄糖之分解为例，好氧性分解每摩尔之葡萄糖可获得六百八十六卡能量，而厌氧分解仅可得五十二卡，故要获得相等之能量，厌氧性细菌细胞消化之物质，当为好氧性细菌者之十倍以上，此即为高浓度之有机废水或污泥常利用厌氧消化法处理之原因所在，且因此厌氧消化所需之营养剂如氮、磷等均较少，而消化后之污泥也相对减少。

产物

厌氧消化的三个主要产物是沼气，沼渣，和水。

沼气

在例如瑞士，德国，和瑞典这些国家，在沼气中的甲烷可被压缩而被用作车辆运输的燃料，或直接输入到气体主干线管道。

沼渣

沼渣是消化器中微生物不能使用的原始输入材料的固体残余。它还包括在沼气池中死细菌的矿化遗体。沼渣可以有三种形式：纤维，液体，或这两部分的污泥为基础的组合。在两级消化系统，不同形式的沼渣来自不同的消化池。在单级消化系统，这两个级分将被合并，如果需要的话，通过进一步的处理分离。

废水

厌氧消化系统最后的输出是水，其起源既有从被处理过的原始废物的水分含量，还有是从在消化系统的微生物反应产生的水分。这种水可以是在沼渣的脱水处理被释放出来的，或者可以是在沼渣隐含分离出来的。

厌氧消化设施排出的废水将通常具有升高的生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）水平。流出物的反应活性的这些测量指示污染的能力。一些这种材料被称为“硬化学需氧量”，这意味着它不能被厌氧菌获取以转换成沼气。如果污水被直接放入水道，它会造成通过引起水体富营养化的负面影响。因此，通常需要进一步处理废水。这种处理通常是一个氧化阶段，其中空气通过水在顺序批量式反应器或反渗透单元。

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