本发明公开的一种厌氧氨氧化细菌生物反应器，包括反应器本体及外围水浴装置，其特征在于：一级三相分离区与二级三相分离区叠加组成的完整的三相分离体系，二级三相分离区上部两侧之间以导流管相连，其中一侧连接出水管，顶部增加挡板，并设有出气口；二级三相分离区下部端口与反应室上部端口以热熔技术相连，一级三相分离区上部以倒置的方式接于二级三相分离区下部内壁，其下部贴于反应室上部内壁。本反应器能保持反应器池体内的温度温度在预设水平，可在高效脱氮的同时，实现污泥生物量增殖，达到泥、水、气三相的充分分离，最大限度地减少了污泥流失，维持反应器中厌氧氨氧化菌污泥量，保证厌氧氨氧化脱氮工艺的稳定运行。