本实用新型公开了一种生活垃圾分步甲烷化处理生物反应器，包括卫生填埋场，卫生填埋场的底部渗滤液出水口接入产甲烷反应器，产甲烷反应器的顶部气室接入集气袋，产甲烷反应器的出水口接有三相分离器，三相分离器的液体通路接通卫生填埋场的顶部渗滤液进水口，气体通路接入集气袋。本实用新型装置在卫生填埋场的进出水循环管路上增加了用于渗滤液回灌前处理的产甲烷反应器，可将有机物降解的产酸相与产甲烷相分离，获得物理分离、各自优化的两大类菌群的协同代谢，促进生活垃圾快速稳定化进程。同时产甲烷反应器能脱去有机物中的大部分碳，顶部将产生大量的甲烷气体，通过导气管收集后利用，经济效益相当可观。