UASB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。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利。在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒附著的氣體向反應器部上升。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，附著和沒附著的氣體被收集到反應器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機物發生反應

USAB反應器包括進水和配水系統、反應器的池體和三相分離器。如果考慮整個厭氧系統，還應該包括沼氣收集和利用系統。但是由于沼氣利用的途徑和目標不確定，其利用系統也很大的差別。

在USAB反應器中重要的設備是三相分離器，這一設備安裝在反應器的部并將反應器分為下部的反應區和上部的沉淀區。為了在沉淀器中取得對上升流中污泥絮體顆粒的沉淀效果，三相分離器主要的就是盡可能效地分離從污泥床中產生的沼氣。

特別是在高負荷的情況下,在集氣室下面設置反射板，是防止沼氣通過集氣室之間的縫隙逸出到沉淀室，另外擋板還利于減少反應室內高產氣量所造成的液體紊動。

三相分離器的設計，應該是只要污泥層沒膨脹到沉淀器，污泥顆粒或絮狀污泥就能滑回到反應室。應該認識到時污泥膨脹到沉淀器中不是一件壞事。相反，存在于沉淀器內的膨脹污泥層將網捕分散的污泥顆粒/絮體，同時它還對可生物降解的溶解性COD起到一定的去除。

另一方面，存在一定可供污泥層膨脹的自由空間，以防止較重的污泥在暫時性機或水力負荷沖擊下流失是很重要的。水力和機（產氣率）負荷率兩者都會影響到污泥層以及污泥床的膨脹。

USAB系統原理是在形成沉降性能良好的污泥絮體的基礎上，并結合在反應器內設置污泥沉淀系統，使氣體、液體和固體得到分離，形成和保持沉淀性能良好的污泥（顆粒或者絮狀污泥），是USAB系統良好運行的根本點。