本发明提供一种以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器及其运行方法，该反应器包括主体、进水管、生物膜载体和曝气器，主体中设有进水管，主体内分布有生物膜载体，生物膜载体采用粗孔过滤组件，相邻粗孔过滤组件间隔5-10cm，粗孔过滤组件由支架和包覆在支架外面的粗孔过滤材料构成，各个粗孔过滤组件上的出水口均与总出水管连接，在主体的底部位于粗孔过滤组件的下方设有曝气器。上述生物膜反应器在挂膜阶段液面水头差设定2.0-4.0cm，运行阶段水头差设定1.0-2.5cm。本发明使用粗孔过滤组件作为生物膜载体，具有过滤分离功能，污染物和溶解氧在生物膜内的对流传质效率大幅提高，实现污染物的高效降解去除，降低了生物膜反应器的能耗。