废水厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物附着在组合填料，微生物以填料表面为息栖地（包括兼氧微生物）的作用,将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程.在厌氧生物处理的过程中,复杂的有机化合物被分解,转化为简单、稳定的化合物,同时释放能量.其中,大部分的能量以甲烷的形式出现,这是一种可燃气体,可回收利用.同时仅少量有机物被转化而合成为新的细胞组成部分,故相对好氧法来讲,厌氧法污泥增长率小得多.好氧法因为供氧限制一般只适用于中、低浓度有机废水的处理,而厌氧法及适用于高浓度有机废水,又适用于中、低浓度有机废水.同时厌氧法可降解某些好氧法难以降解的有机物,如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等.

 
在厌氧处理过程中,废水中的有机物经组合填料上大量微生物的共同作用,被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等.在此过程中,不同微生物的代谢过程相互影响,相互制约,形成了复杂的生态系统.对高分子有机物的厌氧过程的叙述,有助于我们了解这一过程的基本内容.
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.

生化处理根据微生物生长对氧环境的要求的不同,可分为好氧生化处理与缺氧生化处理两大类,内置常用优质组合填料缺氧生化处理又可分为兼氧生化处理和厌氧生化处理.在好氧生化处理过程中,好氧微生物必须在大量氧的存在下生长繁殖,并降低废水中的有机物质；而兼氧生化处理过程中,兼氧微生物只需要少量氧即可生长繁殖并对废水中的有机物质进行降解处理,如果水中氧太多,兼氧微生物反而生长不好从而影响它对有机物质的处理效率.