Một lượng lớn bùn ướt có được từ các bể kết lắng (sedimentation tanks) sẽ được giảm thể tích (bằng cách sử dụng phương pháp xử lý kỵ khí), trước khi bùn được loại đi. Những loại bùn nói trên có hàm lượng chất khô trong khoảng 20,000-60,000 mg dm-3 và
lượng chất khô này sẽ được giảm 50%. Trong đó, lượng chất khô mất đi sau khi được xử lý (digestion) có thể lên đến 80%. Trong suốt quá trình xử lý kỵ khí (XLKK), vi khuẩn sinh axit sẽ thủy phân các chất hữu cơ trong nước thải và tạo ra các acid béo tự do dễ bay hơi (chủ yếu là acetic và acid propionic và sau cùng chúng sẽ được biến đổi thành metan (CH4) (~60%), 40% còn lại là CO2). Khí đốt được sản xuất (biogas) là một sản phẩm phụ rất có giá trị, nó được sử dụng như hơi đốt cho các máy phát điện và các loại xe cộ. Ngoài việc được dùng trong xử lý và kiểm tra chất lượng (condition) bùn thải, hệ thống XLKK cũng được sử dụng trực tiếp để xử lý nhiều loại nước thải có độ đậm đặc lớn như nước thải từ công nghiệp thực phẩm và sản xuất nông nghiệp (Gray, 1989).
Hình. 11.6. Giản đồ hệ thống UNOX nhiều giai đoạn (Fuggle, 1983).
Một số quá trình kỵ khí đã được phát triển, bể phản ứng phối trộn (completely mixed reactor) (thường thì chúng được miêu tả một cách đơn giản là xử lý kỵ khí), có hoặc không có hệ thống tái chế bùn, thiết bị lọc kỵ khí (anaerobic filter), hệ thống xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng chảy hướng lên (up-flow anaerobic sludge blankets) (UASB) và hệ thống xử lý kỵ khí sử dụng lớp bùn động (anaerobic fluidized bed) là phổ biến hơn cả. Theo báo cáo của Burgess và Moriss (1984) cùng Ghosh và các cộng sự
(1985) đã ghi nhận rằng hai giai đoạn của hệ thống xử lý kỵ khí, nước thải có một khoảng thời gian lưu (retention time) ngắn để phản ứng phối trộn axit hóa (completely mixed
acidification reactor) trong bể phản ứng metan (bể sinh học kỵ khí) của hệ thống UASB. Lợi ích đặt ra là phải cải thiện độ tin cậy của hệ thống xử lý, xử lý các loại nước thải có BOD/COD cao hơn và sản xuất được nhiều metan hơn.
Hình. 11.7. Hệ thống hiếu khí dòng chảy cạnh VITOX đơn giản.