本发明公开了一种沼气气浮式厌氧反应器，包括厌氧生物反应器本体（3），在厌氧生物反应器本体（3）内从下至上依次分布有废水的进水管（1）及布水器（111）、污泥膨胀床区（2）、三相分离器（4）、澄清水出水管（5），在三相分离器（4）上方为厌氧气浮反应区（16），厌氧气浮反应区（16）设有出沼气管（8）和回流管（51）延伸到厌氧生物反应器本体外连接一溶气水制备系统（9），溶气水制备系统（9）经一溶气水进水管（10）连接三相分离器（4）上方的气泡释放器（12），在气泡释放器（12）上设有一气浮保护罩（11）。本发明将厌氧、凝聚、气浮、撇渣、沉淀、刮泥集成为一体。COD去除效果增强50%，设备投资减少30%。