本实用新型公开了一种基于沼气曝气和超滤分离的全混式厌氧反应器，包括内部设置有搅拌装置的反应腔体、内部设置有超滤装置的处理池、曝气装置和回流系统，所述曝气装置的输入端连通到所述反应腔体内，所述曝气装置的输出端设置在所述处理池内部，所述曝气装置的输出端设置在所述超滤装置的下方，所述回流系统包括发酵液的导出管道和回流管道，通过导出管道将反应腔体中的发酵液导出到处理池除水，得到浓度更高的发酵液经回流管道回流到反应腔体中，同时在处理池底部采用沼气曝气的方式避免超滤装置发生污堵，本实用新型实现了MRT和HRT分离，反应器内微生物浓度高，因此反应腔体的体积利用率更高，有机物的降解效率更高。