本发明属于废水处理技术领域。提供了一种自降解生物膜填料及其制备方法和应用，将聚乳酸、共聚改性剂、增塑剂、热稳定剂和成核剂共混，得到聚乳酸基材；碱洗聚乳酸基材得到微纳材料；将微纳材料浸渍在聚合物溶液中，得到复合材料；将复合材料进行等离子体接枝，即得所述自降解生物膜填料。本发明通过调节聚乳酸和共聚改性剂的比例实现聚乳酸作为碳源的释放速率可控。碱洗聚乳酸基材在表面形成多个微纳级的缺陷，增大了材料的比表面积，通过等离子体轰击接枝了亲水性基团，提高生物膜填料的亲水性。本发明提供的生物膜填料在水中缓慢释放脱落外层膜，内部活跃区又形成高活性生物膜，填料表面不断更新，使微生物活性保持高速增长。