一种复合式半硝化-厌氧氨氧化自养脱氮装置和运行方法，其主要特征是反应器由上下两段堆叠而成，上段采用固定床反应器型式，即在该区段设置生物膜组件，下段采用流化床反应器型式，游离态的颗粒污泥通过搅拌桨的机械搅拌作用实现流态化的强化效果，恒温循环水箱通过管道与反应器的内筒、外筒间形成的中空空间连通；使用上述装置进行污水处理时需首先启动装置，然后进行调控运行；可使氨氮去除率达90%、总氮去除率达80%以上。