UASB厭氧罐經過調節pH和溫度的廢水進入反應器底部的混合區，并與來自外循環回流的泥水混合液充分混合后進入顆粒污泥膨脹床區進行COD生化降解，此處的COD容積負荷很高，大部分進水COD在此處被降解，產生大量沼氣。由于沼氣氣泡形成過程中對液體做的膨脹功產生了氣提的作用，使得沼氣、污泥和水的混合物上升，經過填料區的降解后，混合液至反應器頂部的三相分離器，沼氣在該處與泥水分離后并被導出處理系統。泥水混合物則沿擋泥板下降至反應器底部的混合區，并于進水充分混合后再次進入污泥膨脹床區，形成所謂內循環。根據不同的進水COD負荷和反應器的不同構造，外循環回流量可達進水流量的0.5-10倍。經膨脹床處理后的廢水除一部分參與循環外，其余污水繼續上升，污水進入填料區進行剩余COD降解與產沼氣過程，提高和保證了出水水質。由于大部分COD已經被降解，所以填料區的COD負荷較低，產氣量也較小。該處產生的沼氣也是由三相分離器收集，通過集氣管導出處理系統。經過填料區處理后的廢水經三相分離器作用后，上清液經出水區排走，顆粒污泥則返回污泥床。
UASB厭氧罐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。厭氧反應發生在廢水和污泥顆粒接觸的過程。在厭氧狀態下產生的沼氣(主要是甲烷和二氧化碳)引起了內部的循環，這對于顆粒污泥的形成和維持有利。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。
由于分離器的斜壁沉淀區的過流面積在接近水面時增加，因此上升流速在接近排放點降低。由于流速降低污泥絮體在沉淀區可以絮凝和沉淀。累積在三相分離器上的污泥絮體在一定程度上將超過其保持在斜壁上的摩擦力，其將滑回反應區，這部分污泥又將與進水有機物發生反應。
