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高效厌氧处理系统必须满足两大原则之一，在系统内保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄。要满足这一原则，可采用固定化(生物膜)或者培养沉淀性能较好的厌氧污泥的方式来保持污泥浓度，从而在采用高有机负荷和水力负荷时不会流失大量厌氧活性污泥。
20世纪60年代，McCarty和Young在早前科学家研究的基础上恢复了对厌氧滤池的研究，应用在中低浓度溶解性工业废水的预处理/处理领域。他们在反应器内装载各类填料，如卵石、炉渣、塑料等，在污水流动过程中在填料上生长出大量的生物膜。厌氧滤池在很短的水力停留时间内可以保持较长的污泥龄，平均的细胞停留时间可长达100天以上。 1970年，Lettinga因偶然看到了McCarty的文章，领导其研究团队发明了UASB反应器，并在甲醇废水处理上取得UASB的初步成功。UASB反应器集生物反应与污泥沉淀于一体，沿高程从上到下分为沉淀区、三相分离区和反应区，在反应器内通常能培养出沉降性能良好的颗粒污泥，从而在没有填料和载体的情况下完成了生物相的固定化，节省了空间和成本，同时使水力停留时间和污泥停留时间分开，以在反应器内保持较高的污泥浓度。
上述的反应器均为第二代厌氧反应器。这些反应器的特点是可将水力停留时间与污泥停留时间分离开，其污泥停留时间可以长达上百天，可使厌氧处理高浓度污水的停留时间从过去的几天或几十天缩短到几小时或几天。但如果第二代反应器在低温条件下采用低负荷工艺时，由于污泥床内的混合强度太低，就无法抵消反应器内的短流效应，所以第二代厌氧反应器在应用负荷和产气率方面有一定的限制。厌氧滤池(20世纪60年代)
(1)工艺流程
通过在反应器内填充各类过滤介质(碎石、焦炭、塑料球、软性或半软性填料等)，废水从池底进入并从池顶连续排出，在通过填料层时与附着在填料上的微生物接触，使有机物得以降解。
(2)特点
无需沉淀池和污泥回流，设备简单，操作方便;生物膜折算的污泥量大，泥龄长，处理效果好;生物滤池的关键是滤料，表面积越大，形成的生物膜量越多，单位反应器的处理能力越大;滤料费用较贵，容易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚，堵塞后没有简单有效的清洗方法，因此仅适合SS含量低的污水。
UASB反应器
UASB主要由进水系统、三相分离器、出水系统、罐体等组成，如图4所示，分为进水区(布水区)、反应区(含污泥床区、悬浮污泥层区)、沉淀区、出水区、沼气区 废水由进水系统从反应器的底部进入，进水系统兼有布水和水力搅拌的作用。布水器均匀布水，布水器出水口高速水流的冲击和上升气泡的扰动使污水与污泥混合。反应过程中，产生的沼气(气泡)在上升过程中将污泥颗粒托起，气泡带着污泥和水一起上升进入沉淀区，该区域的三相分离器将反应中产生的沼气、污泥和被处理废水加以分离。经泥水分离后的处理出水则从沉淀区上部的集水槽排出。气、固、液分离后的气体(沼气)由气室收集，再由沼气管通过水封器后安全燃烧或净化回收利用。
(2)特点
结构紧凑、处理能力大、处理效果好，具有污泥浓度高、有机负荷高等优点;除进水泵外，设备本身无任何动力消耗，运行能耗低;平面布置有圆形、矩形、方形;池体结构有钢制、钢筋混凝土(多为矩形布置);上升流速：0.5~1.5m/h(多控制在0.6~0.9m/h);高度一般为6~12m(高可达15m)。 曝气生物滤池(BAF1是20世纪8O年代末90年代初在普通生物滤池的基础上.借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺.其大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体.具有有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、出水水质高的特点。BAF工艺类型和操作方式有多种.各具特点，但其基本原理是*。BAF处理污水的原理是反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用、填料及生物膜的吸附阻留作用和沿着水流方向形成的食物链分级捕食作用以及 生物膜内部微环境和缺氧段的反硝化作用. 根据传统的脱氮理论.硝化反应在好氧条件下进行，而反硝化反应在缺氧条件下完成。但是,近几年国内外都有文献污水处理过程中有同步硝化反硝化现象(Simultanious Nitrification and Denitrifieation，简称SND)，特别指出各种不同的生 物处理系统中存在有氧条件下的反硝化现象。
关于同步硝化反硝化机理的研究目前国内外比较*认同的理论有： (1)微环境理论：微生物的体积非常小.因此微生物个体所处的环境也是微小的.微环境直接决定微生物个体的活动状态.但由于微生物的代谢活动和相互问的作用.微环境所处的状态是可变的：宏观环境的变化往往导致微环境的急剧变化和不均匀分布.从而影响微生物群体的活动状态.并在某种程度上出现所谓的表里不一的现象 由于氧传递和硝态氮传 递的不均匀性.导致曝气状态下菌胶团内液可存在一定比例的缺氧微环境.因此在曝气状态下也 可以出现某种程度的反硝化.也就是所谓的同步硝化反硝化现象。
(2)好氧反硝化菌理论：近年来.硝化反硝化的理论有了新的重要发现，即许多异氧菌也能完成有机氮和无机氮(氨氮)的硝化过程.而且在很多的生态系统中。还比自氧 菌占优势：异氧硝化菌同时也是好氧反硝化菌， 因而能在好氧条件下把氨氮直接转化成气态终产物：另外，还发现一些其它细菌也能耗氧反硝化，如生丝微菌属(Hyphomicrobium X)。 | 
