厌氧生物处理是在厌氧条件下,形成了厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件,利用这类微生物分解废水中的有机物并产生甲烷和二氧化碳的过程。 高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、发酵（或酸化）阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。
（1）水解阶段 水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。
（2）发酵（或酸化）阶段 发酵可定义为有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，
在此过程中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化。
（3）产乙酸阶段 在产氢产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。
（4）甲烷阶段 这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。
酸化池中的反应是厌氧反应中的一段。 厌氧池是指没有溶解氧，也没有硝酸盐的反应池。缺氧池是指没有溶解氧但有硝酸盐的反应池。
酸化池---水解、酸化、产乙酸，限制甲烷化，有pH值降低现象。工艺简单，易控制操作，可去除部分COD。目的提高可生化性; 厌氧池---水解、酸化、产乙酸、甲烷化同步进行。需要调节pH，不易操作控制，去除大部分COD。目的是去除COD。
缺氧池---有水解反应，在脱氮工艺中，其pH值升高。在脱氮工艺中，主要起反硝化去除硝态氮的作用，同时去除部分BOD。也有水解反应提高可生化性的作用。
水解酸化池内部可以不设曝气装置，控制停留时间再水解、酸化阶段，不出现厌氧产气阶段，前两个阶段的COD去除率不是很高，因为他的目的只是将大分子的变成小分子有机物，一般去除率在20%左右，产气阶段的COD去除率一般在40%左右，但这是产生的硫化氢气体要进行除臭处理，且达到产气阶段的停留时间要较前两阶段长，也就是要出现厌氧状态。缺缺氧池内要设置曝气装置，控制溶解氧在0.3-0.8mg/l，利用兼氧微生物及生物膜来降解废水中的有机物，接触氧化池内的曝气器要慎重选择，既要保证供氧量，又要确保有利于生物膜的脱落、更新。一般不选用微孔曝气器作为池底的曝气器。
好氧池就是通过曝气等措施维持水中溶解氧含量在4mg/l左右，适宜好氧微生物生长繁殖，从而处理水中污染物质的构筑物; 厌氧池就是不做曝气，污染物浓度高，因为分解消耗溶解氧使得水体内几乎无溶解氧，适宜厌氧微生物活动从而处理水中污染物的构筑物; 缺氧池是曝气不足或者无曝气但污染物含量较低，适宜好氧和兼氧微生物生活的构筑物。 不同的氧环境有不同的微生物群，微生物也会在环境改变的时候改变行为，从而达到去除不同的污染物质的目的。
好氧池的作用是让活性污泥进行有氧呼吸，进一步把有机物分解成无机物。去除污染物的功能。运行好是要控制好含氧量及微生物的其他各需条件的最佳，这样才能是微生物具有最大效益的进行有氧呼吸。
厌氧处理是利用厌氧菌的作用，去除废水中的有机物，通常需要时间较长。厌氧过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段。
水解酸化的产物主要是小分子有机物，使废水中溶解性有机物显著提高，而微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞内，而不溶性大分子物质首先要通过胞外酶的分解才得以进入微生物体内代谢。例如天然胶联剂（主要为淀粉类），首先被转化为多糖，再水解为单糖。纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖与葡萄糖。半纤维素被聚木糖酶等水解成低聚糖和单糖。
水解过程较缓慢，同时受多种因素的影响，是厌氧降解的限速阶段。在酸化这一阶段，上述第一阶段形成的小分子化合物在发酵细菌即酸化菌的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细菌体外，主要包括挥发性有机酸（VFA）、乳醇、醇类等，接着进一步转化为乙酸、氢气、碳酸等。酸化过程是由大量发酵细菌和产乙酸菌完成的，他们绝大多数是严格厌氧菌，可分解糖、氨基酸和有机酸。
综上来讲，缺氧池的作用是为了给污水造成一个缺氧的状态，促使污水发生反硝化作用，这也是AO工艺的核心。
