汙泥滯留型厭氧消化器特征為通過采用各種固液分離方式使汙泥滯留於消化器內，從而提高了消化器的效率，縮小了所需消化器的體積。該類消化器包括厭氧接觸工藝、升流式厭氧汙泥床、升流式固體反應器和折流式反應器。
（1）厭氧接觸工藝
該工藝是在完全混合消化器之外加了壹個沈澱池來收集汙泥，並使其再回流入消化器內，其工藝流程如圖8-9所示。從完全混合消化器排出的混合液，首先在沈澱池中進行固液分離，上清液由沈澱池上部排出，沈澱下的汙泥再回流至消化器內，這樣既減少了出水中的固體物含量，又提高了消化器內的汙泥濃度，從而在壹定程度上提高了設備的有機負荷率和處理效率。由於厭氧接觸工藝具有這些優點，故在生產上被普遍采用。
圖8-9 厭氧接觸工藝示意圖
實踐表明，該工藝允許汙水中含有較高的懸浮固體，耐沖擊負荷，具有較大緩沖能力，操作過程比較簡單，工藝運行比較穩定。該工藝的優點與完全混合消化器相同，並可在較高的負荷下運行。其缺點是需要額外的設備來使固體和微生物沈澱與回流。
（2）升流式厭氧汙泥床
升流式厭氧汙泥床（UASB）是由Lettinga等於1974—1978年研制成功的壹項新工藝，是目前世界上發展最快的消化器，由於該消化器結構簡單，運行費用低，處理效率高而得到廣泛應用。該消化器適用於處理可溶性廢水，要求較低的懸浮固體含量。UASB由汙泥反應區、氣液固三相分離器（包括沈澱區）和氣室三部分組成，其結構如圖8-10所示。
圖8-10 UASB消化器結構示意圖
在底部反應區內存留大量厭氧汙泥，具有良好的沈澱性能和凝聚性能的汙泥在下部形成汙泥層。要處理的汙水從厭氧汙泥床底部流入與汙泥層中汙泥進行混合接觸，汙泥中的微生物分解汙水中的有機物，把它們轉化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合並，逐漸形成較大的氣泡，在汙泥床上部由於沼氣的攪動，汙泥濃度較稀薄，汙泥和水壹起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然後穿過水層進入氣室，集中在氣室的沼氣，用導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沈澱區，汙水中的汙泥發生絮凝，顆粒逐漸增大，並在重力作用下沈降。沈澱至斜壁上的汙泥沿著斜壁滑回厭氧反應區內，使反應區內積累大量的汙泥，與汙泥分離後的處理出水從沈澱區溢流堰上部溢出，然後排出汙泥床。
（3）升流式固體反應器
升流式固體反應器（USR）是壹種結構簡單，適用於高懸浮固體原料的消化器（圖8-11）。USR反應器采用上流式汙泥床原理，原料從底部進入消化器內，消化器內不需要汙泥回流，不使用機械攪拌，產氣率因溫度不同為0.4～1.2。未消化的生物質固體顆粒和沼氣發酵微生物，靠被動沈降滯留於消化器內，上清液從消化器上部排出，這樣就可以得到比水力停留時間高得多的固體滯留時間以及微生物滯留期，從而提高了固體有機物的分解率和消化器的效率。
圖8-11 USR消化器示意圖
采用USR發酵工藝處理畜禽糞便原料，產生的沼渣沼液中COD濃度含量很高，不適宜好氧處理達標排放，壹般用於農田施肥進行生態化處理，是典型的能源生態型沼氣工程工藝。
（4）折流式反應器
折流式反應器如圖8-12所示。在這種消化器裏，由於擋板的阻隔使汙水上下折流穿過汙泥層，這樣每壹個單元都相當於壹個反應器。折流式反應器在我國近年來的使用效果壹直欠佳。究其原因，壹是折流式反應器將壹個消化器分成若幹小室，進料負荷全部集中於第壹個小室中，這就造成第壹個小室嚴重超負荷運行，引起發酵液酸化，使產甲烷菌的活動受到抑制，導致發酵失敗。二是在折流式反應器內，料液呈塞流式流動，酸化了的第壹室料液會逐漸把後面各室中的汙泥推出並使之酸化。有人為了克服酸化現象采用回流汙泥方式將產甲烷菌送入第壹室內。因第壹室在不斷進料，所以，回流量小時，起不到防止酸化的作用，回流量大時，則出現完全混合，這時才能防止酸化，那樣就不如采用完全混合式更為方便。
圖8-12 折流式反應器示意圖
以上幾種汙泥滯留型消化器中，活性汙泥以懸浮狀態存在，人們采用各種方法使汙泥滯留於消化器內，從而取得了較長的固體滯留時間以及微生物滯留期，因而效率明顯比常規型消化器要高，但是在受到沖擊負荷或有毒物質時，常會因揮發酸上升而引起汙泥流失。因而要定時對發酵情況進行監測，以保持消化器的正常運行。