沼气发酵阶段是根据不同类别的细菌的作用，可以将厌氧反应过程分为三大阶段：水解、产酸和产甲烷阶段。
第一阶段，是底物在水解微生物作用下，将复杂有机物水解为高级的脂肪酸、单糖、醇类、二氧化碳、氨、氢等小分子物质。
第二阶段是小分子物质在产酸微生物作用下转化成为氢、二氧化碳及乙酸等有机酸。
第三阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌作用，一组把氢和二氧化碳转化为甲烷；另一组从乙酸脱羧产生甲烷。
对于不同的发酵底物，限制沼气发酵的阶段不同。对于可溶性发酵底物，因为产酸细菌生长速度快于产甲烷细菌，产甲烷菌不足通常是限制沼气发酵速率的主要因素。
可分为：水解、产酸和产甲烷阶段。
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