本发明公开了一种除氮素生物过滤装置及其在处理微污染水源水中的应用。所述除氮素生物过滤装置包括上向流滤柱、进水槽、进水管、出水管和出水收集器，所述上向流滤柱内自下而上依次设有承托板和生物滤料层；所述上向流滤柱下端通过进水管与进水槽连接，所述进水管位于承托板的下方；所述上向流滤柱上端通过出水管与出水收集器连接，所述出水管位于生物滤料层上方；所述进水管连接有恒流泵。本发明的除氮素生物过滤装置在氨氮的降解过程中无需曝气，即可实现同步硝化与反硝化，使氨氮最终转化为氮气，在大大节约能源的同时，保证了氨氮出水水质指标达标，总氮也得到很好去除。