汙水從底部經布水管進入汙泥床，向上穿流並與汙泥床內的汙泥混合，汙泥中的微生物分解汙水中的有機物，將其轉化為沼氣。沼氣以微小的氣泡形式不斷釋放，並在上升過程中不斷合並成大氣泡。在上升的氣泡和水流的攪動下，消化器上部的汙泥處於懸浮狀態，形成壹個濃度較低的汙泥懸浮層。消化器的上端設有氣、液、固三相分離器。在消化器內生成的沼氣氣泡受反射板的阻擋進入三相分離器下面的氣室內，再由管道經水封而排出。固、液混合液經分離器的窄縫進入沈澱區，在沈澱區內由於汙泥不再受到上升氣流的沖擊，在重力的作用下而沈澱。沈澱至斜壁上的汙泥沿著斜壁滑回汙泥層內，使消化器內積累大量的汙泥。分離後的液體，從沈澱區上表面進入溢流槽而流出。上流式厭氧汙泥床優點：①除三相分離器外，消化器結構簡單，沒有攪拌裝置及***生物附著的填料；②較長的SRT（固體滯留期）和MRT（微生物滯留期）使其達到了很高的負荷率；③顆粒汙泥的形成，使微生物天然固定化，改善了微生物的環境條件，增加了工藝的穩定性；④出水的懸浮固體含量低。上流式厭氧汙泥床缺點：①需要安裝三相分離器；②進水中只能含有低濃度的懸浮固體；③需要有效的布水器使進料能均布於消化器的底部；④當沖擊負荷或進料中懸浮固體含量升高，以及遇到過量有毒物質時，會引起汙泥流失。