一体化复合式生物膜-活性污泥反应系统及其应用方法，本发明属于城市污水处理与再生领域，它为了解决现有污水处理设施占地面积大、运行费用高以及出水水质差的问题。该反应系统包括进水池、复合式反应器和二沉池，在复合式反应器内设置有圆筒状不锈钢金属板，在此不锈钢金属板的上沿连接有圆筒状的不锈钢格网，圆筒状不锈钢金属板围出好氧区，圆筒状不锈钢金属板的外壁与复合式反应器的内壁围成缺氧区，而在复合式反应器的底部为厌氧区。本发明的复合式反应器将厌氧区、缺氧区、好氧区设计在一个反应器内，结构紧凑，占地面积小，并省去了硝化液回流的动力费用。将该反应系统应用于城市污水的处理，实现了污水中COD和氮磷的高效去除。