UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为气体。气体以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于气体的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，气体碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室气体，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。
1）设备采用标准模块化设计，安装简单，使用方便；（2）设备集气***，截固率高，气密性好；（3）缝隙宽度和遮盖宽度布置合理，无污泥流失；（4）克服传统三相分离器跑泥的现象，分离效果好，启动速度快，不会出现断流等现象；（5）污泥从设备底部和废水充分接触，解决污泥分布不均匀造成的污泥局部沉积和死区的现象；（6）采用快开式浮渣清理装置，保证出气管畅通无阻，不会堵塞；（7）能耗低，气体可收集利用，节省成本。
三相分离器要具有气、液、固三相分离、污泥回流的功能。三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。