Esta pesquisa enfoca a avaliação do desempenho de nova configuração de unidade para tratamento biológico de esgoto sanitário por processo combinado, visando à remoção de nutrientes, especialmente nitrogênio. O sistema construído em escala piloto tem volume útil igual a 71,48 litros. Nesta nova configuração de reatores para tratamento terciário de esgoto sanitário, utilizaram-se três reatores sobrepostos, sendo: um reator UASB - “Upflow Anaerobic Sludge Blanket”; um reator de leito móvel e filme fixo aeróbio (com aplicação de oxigênio puro); e, um reator de leito móvel e filme fixo com ambiente anóxico. O material suporte utilizado nos reatores de leito móvel e filme fixo constituiu alternativa inédita no tratamento de efluentes líquidos. Foram utilizadas cavilhas “ranhuradas” de madeira, de dimensões aproximadas de 8,0 mm de diâmetro por 8,0 mm de comprimento. O desempenho geral do sistema quanto à remoção de matéria carbonácea e compostos nitrogenados, e as associações microbianas formadas nos três reatores são objetos principais de estudo deste trabalho. Foram obtidos resultados de remoção de DQO e de nitrogênio bastante satisfatórios, sobretudo quando o tempo de detenção hidráulica total esteve próximo a 20 horas, incluindo o compartimento de decantação (94,6 % para DQO; e 96,7 % para N-NTK, com formação de nitrato em concentrações inferiores a 10,0 mgN-NO3-/l). O TDH estudado variou entre 5 e 24 horas para os sistema completo. O estudo dos consórcios de microrganismos forneceu excelentes resultados quanto à quantidade, diversidade, e atividade das populações desenvolvidas nos diferentes ambientes, confirmando o bom desempenho do sistema e o fornecimento de ambiente adequado para o desenvolvimento das diferentes populações nos três reatores. A idealização desta configuração tem como finalidade realização de tratamento de esgoto sanitário até nível terciário em planta compacta, podendo ser utilizada por pequenas e grandes comunidades, devido à possibilidade de se construir diversos módulos do sistema proposto. / This research is focused on the performance evaluation of a new system configuration of combined biological reactors, treating domestic wastewater till tertiary level. The pilot scale proposed system had a total useful volume of 71,48 liters. This new configuration involves three types of superposed reactors: an Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor; an aerobic fixed film mobile bed reactor (fed with pure oxygen); and a fixed film mobile bed reactor at anoxic environment. The support material used inside the fixed film mobile bed reactors was wood made grooved dowels. The main purposes of this work are to evaluate the systems general performance regarding COD and nitrogen removal, and the microbial associations inside the reactors. It reached quite satisfactory results regarding COD and nitrogen removal when the total hydraulic retention time (HRT) was around 20 hours, including the clarification zone volume (94,6 % for the COD; and 96,7 % for the TKN-N, whit nitrate formation below 10,0 mgN-NO3-/l). HRTs from 5 to 20 hours were studied. The microbial associations were present in large number, with a great diversity and high specific activities at the different environments, confirming the good results obtained and the suitable environment provided for the growth of the different populations inside the three reactors. The idealization of this treatment system has the goal to treat domestic wastewater from small to large communities till tertiary level, in compact treatment plants, due to the possibility of constructing several modules of the system.