本发明公开了一种缓释碳源协同短程硝化生物膜强化脱氮装置及方法，属于污水生物处理技术领域。所述装置包括反应器主体、组合填料、进水泵、出水电磁阀、曝气机、搅拌器、取样口和时间控制系统，组合填料由外层球形填料、内层海绵填料和可生物降解聚合物复合而成，所述方法是通过控制反应器的进水水质、pH、水力停留时间、溶解氧浓度、组合填料填充比以及运行模式等参数，实现组合填料的外层和内层分别挂膜，组合填料外层挂膜后可以为填料内部提供良好的缺氧环境，海绵挂膜微生物可以利用可生物降解聚合物为碳源进行反硝化。本发明可以通过一体化装置实现氮化合物的高效去除，特别适用于处理碳源不足的工业废水，具有明显的技术优势。
