本发明涉及泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器及其应用，该反应器包括颗粒污泥厌氧反应罐、厌氧生物膜反应罐、回流系统、保温系统、沼气收集及除臭系统系统、自控系统六个部分组成，反应器不产生有机物污泥并提高对污水中CODcr的去除率。与现有技术相比，本发明主要应用于高浓度工业废水的一级处理，具有高效回收沼气、无恶臭的产生、占地面积小和能耗极低、自动化程度高、厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法偶联的特点。