UASB厭氧反應器可分為兩個區域，反應區和氣、液、固三相分離區。在反應區下部，是由沉淀性能良好的污泥（顆粒污泥或絮狀污泥），形成厭氧污泥床。當廢水由反應器底部進入反應器后，由于水的向上流動和產生的大量氣體上升形成了良好的自然攪拌作用，并使一部分污泥在反應區的污泥床上方形成相對稀薄的污泥懸浮層。懸浮液進入分離區后，氣體先進入集氣室被分離，含有懸浮液的廢水進入分離區的沉降室，由于氣體已被分離，在沉降室擾動很小，污泥在此沉降，由斜面返回反應區。
UASB厭氧反應器由污泥反應區、氣液固三相分離器(包括沉淀區)和氣室三部分組成。在底部反應區內存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。UASB厭氧反應器廢水被盡可能均勻的引入反應器的底部，污水向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沉淀區，污水中的污泥發生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應區內，使反應區內積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒有附著的氣體向反應器頂部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應器氣體發射器的底部，引起附著氣泡的污泥絮體脫氣。氣泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，附著和沒有附著的氣體被收集到反應器頂部的三相分離器的集氣室。置于 集氣室單元縫隙之下的擋板的作用為氣體發射器和防止沼氣氣泡進入沉淀區，否則將引起沉淀區的絮動，會阻礙顆粒沉淀。包含一些剩余固體和污泥顆粒的液體經過分離器縫隙進入沉淀區。保定市UASB厭氧反應器
UASB厭氧反應器啟動運行的四個階段：
一階段：UASB厭氧反應器啟動運行初始階段：
選用接種污泥：
選用污水廠污泥消化池的消化污泥接種（具有一定的產甲wan活性）。
接種污泥的方法：接種污泥量、接種污泥的濃度
方法：將含固80%的接種污泥加水攪拌后，均勻倒入到UASB厭氧反應器反應池。
接種污泥量：接種污泥量為UASB厭氧反應器的有效容積的30%到50%，少15%，一般為30%。接種污泥的填充量不超過UASB厭氧反應器的有效容積的60%。本系統接種污泥量為80m3。
接種污泥的濃度：初啟動時，稀型污泥的接種量為20到30kg VSS/m3, 濃度小于40 kg VSS/m3的稠型硝化污泥接種量可以略小些。
亦有建議以6-8kgVSS/m3為宜，因為消化污泥一般為絮狀體，不宜接種太多，太對了對顆粒污泥不但沒有好出，反而不利，種泥即污泥種的意思，種泥太多事沒有必要的，顆粒污泥并非是種泥本身形成的，而是以種泥為種子，在提供充足的營養基質下由新繁殖的微生物形成，種泥多了，反而會與初生得顆粒污泥爭奪養分，不利于顆粒污泥的形成 。
接種污泥時的水質
配制低濃度的廢水有利于顆粒污泥的形成，但濃度也應當足夠維持良好的細菌生長條件，因此，初始配水低CODcr濃度為2000mg/L，然后逐步提高有機負荷直到可降解的CODcr去除率達到80%為止。
當進水CODcr濃度高時，可采用稀釋水進水,調節到適宜的CODcr濃度值。
二階段（初始運行階段）（估計30天）
初始階段是指反應器負荷低于2kgCODcr/m3·d的運行階段，此階段反應器的負荷由0.1kgCODcr/m3· d開始，逐步分多次提升到2kgCOD/m3·d。
開始采用間歇進水，污泥負荷宜控制在0.05-0.2kgCODcr/(KgVss·d),當接種污泥逐漸適應廢水后，污泥逐漸具有除去有機物的能力，當CODcr去除率達到80%，或出水有機酸濃度低于200-mg/L,可以提升進水負荷大約為0.5kgCODcr/m3· d，此時進水有間歇進水改為連續進水。保定市UASB厭氧反應器
提升CODcr濃度標準為:當可生物降解的CODcr去除率達到80%后方可提高，直到達2kgCOD/m3·d為初始階段。
在這段運行中，有少量的非常細小的分散污泥帶出，其主要原因是水的上流速度和逐漸產生的少量沼qi
初始運行階段，每日測定進,出水流量、pH、CODcr、ALK、VFA、SS等項目，經測定結果判斷，若出水VFA＜3mmol/l，VFA/ALK=0.3以下，表示UASB厭氧反應器系統運行正常。
三階段：顆粒污泥出現期（預計25天）
結束初期啟動后，污泥已適應廢水性質并具有一定除去有機物的能力，這時應及時提升污泥負荷為0.25kgCODcr/kgVSS·d或進水容積負荷2.0 kgCODcr/m3·d，使微生物獲得足夠的營養。
反應器的有機負荷由2kgCOD/m3· d到3.0kgCOD/m3·d的運行階段
此階段的反應負荷由2kgCOD/m3·d開始，每次0.1kgCOD/m3·d有機負荷提升，也可以每次負荷增加20%，每次操作所需時間長短不同，有時可長達兩周，有時僅幾天，經過多次重復操作可達到設計指標。
但提升有機負荷的標準與監測項目判斷運行正常的方法同初始運行階段。
在這段運行中，由于提升水量大，COD濃度高，產氣量和上流速度的增加引起污泥膨脹，污泥量帶出量多，大多為細小非分散的污泥或部分絮狀污泥。這種污泥的帶出，有利于顆粒化污泥的形成。
四階段：顆粒污泥培養期（30天）
本階段的任務是要實現反應器內德污泥全部顆粒化或使反應器達到設計負荷，為了加速污泥的增值，應盡快把污泥負荷提高至0.4-0.5kgCODcr/kgVSS·d，使微生物獲得充足養料，促進其快速增長。
這一階段是指反應器的有機負荷達到設計指標3.0kgCOD/m3·d，以后的穩定運行階段。在這段的運行中，PH值、溫度、有機負荷、VFA、ALK等各項操作參數嚴格控制，逐步形成顆粒污泥。
