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UASB厭氧反應器內沒有載體，是一種懸浮生長型的厭氧消化方法。在反應器底部污泥濃度較高的污泥層被稱為污泥床，而在污泥床上部污泥濃度稍低的污泥層被稱為污泥懸浮層，污泥床和污泥懸浮層統稱為反應區。

在厭氧狀態下，微生物分解有機物產生的沼氣在上升過程中產生強烈的攪動，有利于顆粒污泥的形成和維持。污水均勻地進人反應器的底部，污水向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床，在與污泥顆粒的接觸過程中發生厭氧反應，經過反應的混合液上升流動進人氣、固、液三相分離器。沼氣泡和附著沼氣泡的污泥顆粒向反應器頂部上升，上升到氣體反射板的底面，沼氣泡u污泥絮體脫離。沼氣泡則被收集到反應器頂部的集氣室，脫氣后的污泥顆粒沉降到污泥床，繼續參與進水有機物的分解反應。在一定的水力負荷下，絕大部分污泥顆粒能保留在反應區內，使反應區具有足夠的污泥量。

UASB厭氧反應器不僅適于處理高、中濃度的有機污水，也適用于處理城市污水一類的低濃度有機污水。

UASB厭氧反應器的上部設置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區和污泥床區，廢水由反應器底部均勻引入污泥床區，與厭氧污泥充分接觸反應，有機物被厭氧微生物分解成沼氣。液體、氣體與固體形成混合液流上升至三相分離器，使三者很好地分離，使80%以上的有機物被轉化為沼氣，完成廢水處理過程。

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。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，微小氣泡在下升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床下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下升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射時，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。沉淀至斜壁下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下部溢出，然后排出污泥床。