一种亚硝化－厌氧氨氧化耦合共生的生物脱氮反应装置，该装置包括在柱状的或长方体状的主体结构中的内循环反应区，固液分离沉降区，分离沉淀区及气液分离区，在该装置的下部设有进水口、进气口、回流进水口分别与进水泵、进气泵和回流泵相连，在该装置的下部设置有剩余污泥排放口，上部设置有溢流口，在分离沉淀区中设置密实填料区，在分离沉淀区上部设有出水堰，出水堰设出水堰排泥口和出水口，在内循环反应区的下降流区中部设置松散填料区，本装置可以在单一反应器中实现基于亚硝化反应和厌氧氨氧化反应这两类反应的耦合的直接生物脱氮反应，本装置具有较强的污泥持留能力，运行管理简便，具有较高的进水氮容积负荷和总氮去除负荷。