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，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，氣體進入集氣室被分離，含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的設計
UASB的工藝設計主要是計算UASB的容積、產氣量、剩余污泥量、營養需求的平衡量。
UASB的池形狀有圓形、方形、矩形。污泥床高度一般為3-8m，多用鋼筋混凝土建造。當污水有機物濃度比較高時，需要的沉淀區與反應區的容積比值小，反應區的面積可采用與沉淀區相同的面積和池形。當污水有機物濃度低時，需要的沉淀面積大，為了保證反應區的一定高度，反應區的面積不能太大時，則可采用反應區的面積小于沉淀區，即污泥床上部面積大于下部的池形。
氣液固三相分離器是UASB的重要組成部分，它對污泥床的正常運行和獲良好的出水水質起十分重要的作用，因此設計時應給予特別的重視。根據經驗，三相分離器應滿足以下幾點要求:
1、混和液進入沉淀區之關，必須將其中的氣泡予以脫出，防止氣泡進入沉淀區影響沉淀;
2、沉淀器斜壁角度約可大于45度角;UASB厭氧反應器啟動前注意事項
3、沉淀區的表面水力負荷應在0.7m3/m2.h以下，進入沉淀區前，通過沉淀槽低縫的流速不大于2m/m2.h;
4、處于集氣器的液一氣界面上的污泥要很好地使之浸沒于水中;
5、應防止集氣器內產生大量泡沫。
第2、3兩個條件可以通過適當選擇沉淀器的深度-面積比來加以滿足。
對于低濃度污水，主要用限制表面水力負荷來控制;對于中等濃度和高濃度污水，在高負荷下，單位橫截面上釋放的氣體體積可能成為一個臨界指標。但是直到現在國內外所取得的成果表明，只要負荷率不超過20kgCOD/m3.d，UASB高度尚未見到有大于10m的報道，第三代厭氧反應器除外。
污泥與液體的分離基于污泥絮凝、沉淀和過濾作用。所以在運行操作過程中，應該盡可能創造污泥能夠形成絮凝沉降的水力條件，使污泥具有良好的絮凝、沉淀性能，不僅對于分離器的工作是具有重要意義，對于整個有機物去除率更加至關重要。
特別要注意避免氣泡進入沉淀區，要使固--液進入沉淀區之前就與氣泡很好分離。在氣--液表面上形成浮渣能迫使一些氣泡進入沉淀區，所以在設計中必須事先就考慮到:
(1)采用適當的技術措施，盡可能避免浮渣的形成條件，防范浮渣層的形成;
(2)必須要有沖散浮渣的設施或裝置，在污泥反應區一旦出現浮渣的情況下，能夠及時破壞浮渣層的形成，或能夠及時排除浮渣。
如上所述，UASB中污水與污泥的混合是靠上升的水流和發酵過程中產生的氣泡來完成的。因此，一般采用多點進水，使進水均勻地分布在床斷面上，其中的關鍵是要均勻--勻速、勻量。
UASB容積的計算一般按有機物容積負荷或水力停留時間進行。設計時可通過試驗決定參數或參考同類廢水的設計和運行參數。
UASB厭氧反應器啟動前注意事項
5.1 對初期啟動UASB目標要明確。對UASB（第一階段）啟動初期，不要追求反應器的處理效率和出水質量。初期的目標是使反應器逐漸進入“工作”狀態。是使菌種由休眠狀態恢復、活化的過程。在這一過程中，當菌種從休眠狀態中恢復到營養細胞的狀態后，它們還要經歷對廢水性質的適應。在整個馴化增殖過程中，而原種污泥中可能濃度較低甲烷菌增長速度相對于產酸菌要慢得多。因此在顆粒污泥出現前的這一段相當長。這一段不可能快，也不能較大的負荷。
5.2 當廢水CODcr濃度低于2000mg/L時，一般不需要稀釋，可直接進液。當廢水CODcr濃于2000mg/L時，可采用進水稀釋，增大進水量，促使處理設施水流分布均勻。
5.3 負荷增加的操作方法：啟動最初負荷可從0.1~2.0 kgCOD/m3·d開始，當降解的CODcr去除率達到80%后，再逐步增大負荷。負荷不應增加太快，只要略高于容積負荷0.1 kgCOD/m3·d即可。水力保留時間大于24小時。連續。直到氣體產生。5天后檢查產氣是否達到略高于0.1 m3/m3·d。如果5天后反應器產氣量仍未達到這一數值，可以停止進水，3天后再恢復進液，直到產氣量增加達到0.1 m3/m3·d。
檢查出水VFA，VFA過高，則表示反應器負荷相當于當時的菌種活力偏高。出水VFA若高于8mmol/l，則停止進水，直到反應器內VFA低于3mmol/l后，再繼續以原濃度、原負荷進水，如果出水VFA低于3mmol/l，說明反應器良好。
5.4 增加負荷量：
增加負荷量可以通過增大進水量，或者降低進水稀釋比的方法，負荷每次可提升20~30%，可以重復進行。每次操作所需時間長短不同，時長達兩周，時僅需幾天，要根據監測數據判斷，直到達到設計負荷為止。
5.5 水力停留時間：水力停留時間對于厭氧工藝的影響是通過上升流速來表現的。一方面高的液體流速增加污水內進水區的擾動，因此增加了生物污泥與進水機物之間的接觸，利于提高去除率。在采用傳統的UASB的情況下，上升流速的平均值一般不超過0.5m/h。這是為顆粒污泥形成的重要條件之一。
5.6 中始終保持VFA/ALK=0.3以下。否則揮發性脂肪酸積累失敗。
