要維持傳統的單相厭氧反應器的正常、高效的運行，就必須在一個反應器內維持發酵和產酸細菌和產甲烷細菌這兩類特性迥異的細菌之間的平衡，即要保證由前者所產生的有機酸等產物能夠及時有效地被后者所利用并最終轉化為甲烷和二氧化碳等無機終產物，否則，就會造成反應器內有機酸的積累，嚴重時就會導致反應器內pH值的下降，進一步對產甲烷細菌的活性和代謝能力產生不利影響，甚至會導致嚴重的抑制作用，導致厭氧反應器出現“酸化現象”[1]

由于產甲烷細菌對環境條件的要求遠高于發酵和產酸細菌，而且產甲烷細菌的生長速率又遠低于發酵和產酸細菌，因此在運行傳統的單相厭氧反應器時，一般首先按照產甲烷細菌的要求來選擇運行條件，而且還會采取一些措施來盡量維持兩者之間的平衡。因此可以說，在傳統的單相厭氧反應器的運行中，在一定程度上犧牲了第一階段細菌的部分功能，以保證產甲烷細菌能處在最佳的環境條件下。如在國外絕大多數的厭氧反應器都會采取加熱和保溫的措施，以保證反應器內的溫度處在產甲烷細菌的最佳溫度范圍內，即35~37℃(中溫運行的反應器)或者是55~65℃(高溫運行的反應器);為了確保反應器內的pH值是被控制在產甲烷細菌的最適范圍內(6.8~7.2)，一般的厭氧反應器都設置了在線pH值控制裝置將反應器內的pH值控制在所設定的范圍之內。

設計者也會選擇其他方式來盡可能地保證反應器的正常運行，一般主要有兩個措施:

①降低設計負荷，這樣可以保證反應器在相對較低的負荷下穩定運行，兩大類細菌之間的平衡也相對較為容易保持，但是這樣一來卻增大了反應器的容積和基建投資;

②增加進水中的投堿量，使反應器內維持較高的堿度，保證反應器內的 pH值維持在產甲烷細菌所要求的范圍內，但是這樣增加了反應器的運行費用。

兩相厭氧生物處理工藝在一定程度上克服了單相反應器的上述缺陷，在工藝上有了很大的變革。兩相厭氧生物處理技術的研究，早期主要集中在應用動力學控制法實現相分離方面，所采用的試驗裝置多為完全混合反應器。試驗結果表明，控制水力停留時間或有機負荷能夠成功地實現相分離。20世紀80年代，視產甲烷階段為系統的限速步驟而從微生物學、動力學等角度開展研究，尋求系統高效處理的條件。從國內外的兩相厭氧系統研究所采用的工藝形式看，主要有兩種:一種是兩相均采用UASB反應器;一種是稱作Anodek工藝，其特點是產酸相為接觸式反應器(即完全式反應器后設沉淀池，同時進行污泥回流)，產甲烷相則采用UASB反應器。國內常采用前一方式，國外常采用后者。關于何種廢水適合于采用兩相厭氧生物處理工藝，觀點不一、Massey和Pohland[2]認為適用于可溶性底物較多的廢水;Kisaalita等[3]認為對于易于酸化的有機廢水(如含乳清和乳糖等)采用兩相處理工藝更易于控制運行的穩定性;而Hobson[則認為如果發酵的第一步是聚合物的水解，則兩相工藝是不可行的，因為轉化需要延長停留時間。總之，普遍認為兩相厭氧生物處理工藝適合于處理易酸化的可溶性有機廢水。任南琪教授[5]根據研究提出，復雜的有機污染物(包括剩余活性污染)的發酵確需較長的時間，限速步驟往往為產酸階段，但采用相分離技術，創造有利于發酵細菌的生態環境，無疑會提高系統的處理能力，相對縮短水力停留時間，使之優于單相厭氧生物處理工藝。

在廢水兩相厭氧生物處理系統中，產酸相反應器能否為后續的產甲烷相提供適宜和穩定的底物，對產甲烷相的物質代謝速率乃至整個厭氧系統的高效穩定運行至關重要。有關研究表明、水力停留時間、污泥齡、有機負荷、pH、溫度、氧化還原電位P)末端發酵產物組成都有明顯的影響。任南琪等[5]通過長期的連續流試驗運行發現，產酸相末端發酵產物的分布，完全決定于上述各種生態因子綜合作用下出現的一些優勢種群的個體代謝特點，即當產酸相環境最適合某一種群的生長繁時，這一種群就會很快在與其他種群的競爭中取勝并成為優勢種群，此時優勢種群所進行的生理代謝總體表現為以某種揮發性脂肪酸(如丙酸、丁酸、乙酸)和醇類(如乙醇)為主的發酵類型群。一般可將產酸相的菌群代謝途徑根據穩定期的末端產物組成分為三種類型，即丁酸型發酵、乙醇型發酵和丙酸型發酵。

研究認為，產酸相形成何種發酵類型主要受限制性生態因子pH值、ORP和溫度等多個因素的制約，任南琪和劉艷玲等[6]發現，在溫度恒定、不調進水pH值的情況下，發酵類型與反應器啟動伊始接種污泥的微生物種類和污泥濃度、啟動時的污泥負荷、容積負荷大小以及負荷的提高方式等緊密相關。從生理生態學觀點分析，環境中生態因子的改變都會對生境中的微生物產生影響，這將導致微生物體內的生理代謝反應發生變化以適應生境中生態因子的改變，其結果表現為代謝產物組成乃至發酵類型的改變。從上述各發酵類型的典型產物的組成及不同發酵類型的形成過程分析，不同發酵類型的典型產物形成并穩定決定于不同生態因子下形成的優勢種群的總體代謝特征。當生態因子發生某種改變時，即使是發酵類型沒有發生根本性的改變，這些發酵優勢種群亦將因機體內生理代謝的調節過程而引起各種末端發酵產物的轉化率發生改變。近幾年來，研究工作集中在末端發酵產物的分析和控制，利用微生物學、傳質動力學、生理學、生態學等手段，人為調控產酸相的發酵類型，提供給產甲烷相最適的底物，從而提高系統的整體處理水平。

就本質而言，兩相厭氧生物處理系統仍是一個人工創建的微生物生態系統，使兩大類微生物分別在各自最佳條件下發揮其最大的代謝能力，從而使整個工藝達到更好的處理效果，擴大厭氧處理工藝的處理能力和提高工藝的運行穩定性。隨著現代高效厭氧消化技術的興起和發展，兩相厭氧消化工藝受到人們越來越多的重視，得到了多方面的的究和應用。