污泥發酵的原理是利用微生物將有機廢水中的有機物質進行分解、轉化和降解。這個過程主要包括發酵容器的設計和操作、菌群的培養和調控等幾個方面。污泥發酵過程中，微生物通過代謝作用將污泥中的有機物轉化成穩定的腐殖質，從而實現污泥的穩定化、無害化和資源化。
污泥發酵具體過程可分為以下階段：
中溫階段：好氧發酵過程初期，堆體基本呈中溫狀態，嗜溫微生物較活躍，并利用糖類和淀粉類等較易利用的有機質進行旺盛的代謝活動。
高溫階段：當堆體溫度升至45℃以上時進入高溫階段。在這一階段，嗜溫微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是嗜熱微生物。基質中殘留的和新形成的可溶性有機質繼續被氧化分解，復雜的有機質如半纖維素、纖維素和蛋白質也開始被強烈分解。
降溫階段：在內源呼吸后期，剩下部分較難分解的有機質和新形成的腐殖質。此時微生物的活性下降，堆體發熱量減少，溫度下降，嗜溫微生物又占優勢，對殘余較難分解的有機質作進一步分解。此過程伴隨著污泥水分的快速大量散失，含水率降低至40%~45%，從而完成污泥減量化。
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