經過調節pH和溫度的廢水首先進入反應器底部的混合區，並與來自外迴圈迴流的泥水混合液充分混合後進入顆粒汙泥膨脹床區進行COD生化降解，此處的COD容積負荷很高，大部分進水COD在此處被降解，產生大量沼氣。由於沼氣氣泡形成過程中對液體做的膨脹功產生了氣提的作用，使得沼氣、汙泥和水的混合物上升，經過填料區的降解後，混合液至反應器頂部的三相分離器，沼氣在該處與泥水分離後並被匯出處理系統。泥水混合物則沿擋泥板下降至反應器底部的混合區，並於進水充分混合後再次進入汙泥膨脹床區，形成所謂內迴圈。根據不同的進水COD負荷和反應器的不同構造，外迴圈迴流量可達進水流量的0.5-10倍。經膨脹床處理後的廢水除一部分參與迴圈外，其餘汙水繼續上升，汙水進入填料區進行剩餘COD降解與產沼氣過程，提高和保證了出水水質。由於大部分COD已經被降解，所以填料區的COD負荷較低，產氣量也較小。該處產生的沼氣也是由三相分離器收集，透過集氣管匯出處理系統。經過填料區處理後的廢水經三相分離器作用後，上清液經出水區排走，顆粒汙泥則返回汙泥床。