本发明公开一种厌氧污泥床反应器及其处理有机废水的方法，包括一设置在该罐体式反应器内顶部的三相分离器，该三相分离器包括气液斜板分离模块和固液斜板分离模块组成，在固液斜板分离模块的顶部设有出水堰，两组斜板分离模块中间设有一块分隔挡板，废水经反应器供料泵泵入进水母管，然后通过布水分配器进入反应器，废水向上流动通过污泥床层与厌氧细菌发生生物反应后产生大量的沼气，混合液上升到气液界面时有大量的沼气从混合液中分离；脱出大部分沼气的混合液从气液斜板分离模块顶部进入气液斜板分离模块实现气液分离和部分的固液分离，沼气向上流动收集到反应器顶部，最终通过沼气管道送至沼气处理单元处理；进一步分离出气体的混合液接着进入固液斜板分离模块实现固液分离。本发明中三相分离器加工简单，模块较小，价格低廉，与现有的反应器相比有明显的优势。