單相消化和兩相消化是基于厭氧消化原理進行的分類。其中單相消化工藝指把產酸菌和產甲烷菌這兩大類菌群放在一個消化池內進行厭氧消化；兩相消化工藝指將水解酸化和產甲烷兩個過程分離，在不同的消化池進行，這樣能夠使產酸菌和產甲烷菌均可以在適合自身的環境條件下生長。

之所以稱為分相，是因為從生物學的角度來看，發酵菌和產氫產乙酸細菌是共生互營菌，因此將這一類劃為一相，為產酸相；把產甲烷菌劃為另一相，為產甲烷相。一般產酸菌生長快，對環境條件變化不太敏感；而產甲烷菌則恰好相反，對環境條件要求苛刻，繁殖緩慢，這也是兩相工藝的理論依據。產酸相的主要作用是提高物料的可生化性，即乙酸化，以便于產甲烷相降解，BOD和COD的去除也主要在產甲烷階段。

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兩種工藝各有優劣，如單相消化系統耐沖擊負荷較差，但運行較為簡單；兩相消化系統可以充分發揮各反應階段的作用，進而提高效率，節省投資等，但運行難度較大，這也是目前國內外很少采用該工藝的原因之一。國內僅在寧波有采用分級分相厭氧消化工藝處理污泥、糞便和餐廚的工程案例。