本发明属于环境工程领域，涉及一种一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺。本装置包括反应器主体、气/液分离槽、三相分离装置、膜组件、空气泵、空气流量计、穿孔曝气管、进水泵、回流泵和出水泵等组成部分。其中，反应器主体分为两个功能区，即：下部全程自养脱氮功能区和上部膜过滤功能区。上部膜过滤功能区中，浸没式膜组件底部采用空气曝气的方式。反应器上部外接一个气/液分离槽。回流系统将槽内的富氧水回流至反应器底部的进水口，为全程自养脱氮功能区提供必要的溶解氧。污水进水首先经全程自养脱氮功能区完成脱氮，然后经膜过滤获得清洁出水。一体式反应器占地面积小，且全程自养脱氮工艺操作简单、方便。