Zazwyczaj w ściekach przyjmuje się minimalną zawartość związków organicznych 1200-2000 mg*dm-3 BZT5, górną granicę jako 100000 mg*dm-3 BZT5.
Oczyszczanie ścieków metodą fermentacji metanowej umożliwia pozyskiwanie ze ścieków energii w postaci wysokoenergetycznego biogazu przyjmując że z 1 m3 biogazu uzyskamy energię w ilości 6,4 kWh. Produkcja biogazu ze ścieków wynosi od 0,3 do 0,5 m3/kg usuniętego ChZT, uzyskana energia wyniesie od 1,9 do 3,2 kWh/kg ChZT usuniętego.
Zalety fermentacji metanowej- wytwarzanie biogazu, niskie zapotrzebowanie energii na eksploatację urządzeń, mniejsza od 5 do 7krotnie w porównaniu z procesami tlenowymi ilość osadów nadmiernych, możliwość sezonowego działania reaktorów
Wady fermentacji metanowej- mała szybkość wzrostu bakterii metanowych, niższa w porównaniu z procesami tlenowymi efektywność usuwania zanieczyszczeń, duża wrażliwość bakterii metanowych na warunki środowiska, konieczność podgrzewania reaktorów, z uwagi na wymaganą temperaturę procesu.
Reaktory beztlenowe do oczyszczania ścieków dzielimy na- reaktory z biomasą zawieszoną, reaktory z błoną biologiczną, złoża fluidalne i ekspandowane, rozwiązanie hybrydowe.
Reaktory z recyrkulacją osadu- jedną z najprostszych metod zwiększenia czasu zatrzymania mikroorganizmów w reaktorze jest recyrkulacja biomasy. Rozwiązanie to jest analogiczne do osadu czynnego a w reaktorach beztlenowych jest określane jako beztlenowy proces kontaktowy. Beztlenowy proces kontaktowy pozwala na oczyszczanie ścieków zawierających wysokie stężenie zawiesin.
Reaktory wysokoobciążone- formowanie dobrze opadalnych agregatów umożliwiających separację gazu i biomasy w reaktorze np. reaktory z warstwą zawieszonej biomasy, wzrost biomasy na ruchomych nośnikach np. złoża fluidalne, zatrzymanie biomasy w wypełnieniu stacjonarnym, złoża beztlenowe o przepływie ścieków wznośnym i opadającym.
Reaktory z warstwą zawieszonego osadu- wypełnienie reaktora stanowi biomasa o odpowiedniej granulacji, ścieki doprowadzane są w przepływie wznośnym, powstający biogaz unosi się do góry powodując wewnętrzną cyrkulację, biogaz jest magazynowany w zbiornikach gazu znajdującym się u góry reaktora, osad jest oddzielany od ścieków i poprzez system przegród zwracany do reaktora. Warunkiem koniecznym dla prawidłowego funkcjonowania reaktorów jest odpowiednia granulacja biomasy, czynnikiem sprzyjającym procesy granulacji jest odpowiedni skład ścieków, najbardziej skutecznie proces zachodzi dla ścieków zawierających węglowodany. Reaktory z warstwą zawieszonego osadu stosuje się do ścieków pochodzących z cukrowni buraczanych, przetwórstwa ziemniaków, skrobi ziemniaczanej, przetwórstwa kukurydzy, pszenicy, drożdżowni i browarów. W ciągu kilku ostatnich lat zaczęto je stosować także w przemyśle celulozowo-papierniczym, tekstylnym, chemicznym i farmaceutycznym.
Reaktory beztlenowe z błoną biologiczną- ekspandowane w których błona biologiczna pokrywa wypełnienie w postaci piasku, żwiru lub tworzywa sztucznego, wypełnienie złoża utrzymuje się na określonej wysokości w której wszystkie ziarna utrzymują określone miejsce w złożu. Fluidalne w których błona biologiczna pokrywa nośne wypełnienie w reaktorach fluidalnych ziarna nie mają ustalonej pozycji w złożu. Z nieruchomym wypełnieniem, w których błona biologiczna rośnie na wypełnieniu stacjonarnym lub z ruchomym wypełnieniem, np. beztlenowe złoża obrotowe.
Złoża ekspandowane i fluidalne- złoże stanowi kolumna wypełniona pozostającymi w zawieszeniu cząstkami nośnika (zwykle piasku) na których rozwija się błona biologiczna. Ścieki doprowadzane są od dołu z szybkością pozwalającą na utrzymanie wypełnienia w zawieszeniu, proces wymaga zwykle recyrkulacji ścieków oczyszczonych co zwiększa koszt eksploatacji.
Złoża z wypełnieniem stacjonarnym- złoża mogą być stosowane do oczyszczania ścieków słabo stężonych a proces może być prowadzony w temperaturze otoczenia, stosowane są głównie do oczyszczania ścieków zawierających niskie stężenie zawiesin. Zaletą tego systemu jest produkowanie wysokich stężeń aktywnej biomasy i nie stosowanie osadnika. Wadą jest możliwość zatykania złoża w warunkach wysokiego obciążenia lub w obecności zawiesin.
Złoża beztlenowe z nieruchomym wypełnieniem możemy podzielić- na złoża o wznośnym kierunku przepływu i o opadającym kierunku przepływu.
Przy wyborze wypełnienia dla złoża ważne są trzy parametry- powierzchnia właściwa wypełnienia, mikrostruktura wypełnienia, konfiguracja wypełnienia
Układy wielostopniowe możemy podzielić następująco- ścieki są oczyszczane w układzie dwustopniowym w fazie fermentacji metanowej: w osadniku wstępnym następuje oddzielenie zawiesin a proces fermentacji osadu i wody osadowej jest prowadzony w dwóch równolegle pracujących reaktorach, ścieki są oczyszczane w układzie dwu a nawet trzyfazowym (hydroliza chemiczna, fermentacja kwaśna, fermentacja metanowa).
Najbardziej efektywnymi i wydajnymi reaktorami są w kolejności- reaktor z warstwa zawieszonego osadu, złoża fluidalne, złoża ekspandowane. Niezależnie od stosowanego systemu można prowadzić w układzie dwustopniowym, dwustopniowym z rozdziałem faz fermentacji lub w jednym reaktorze integrującym wszystkie fazy procesu.