Este estudo teve como objetivo avaliar o potencial de um biorreator de membrana (MBR) piloto para a remoção de agrotóxicos, de formas individual e aliada com o uso de carvão ativado em pó (CAP). A estabilidade do MBR foi monitorada por meio dos parâmetros DQO, pH, SST e permeabilidade. A adição de agrotóxicos foi programada para gerar concentrações de 20 µg.L-1 de 2,4-D, carbendazim e diuron e 1,5 µg.L-1 de atrazina no biorreator. A remoção de agrotóxicos pelo MBR foi avaliada mediante quatro experimentos com variações de TDH (20 e 25 h) e adição de 0,5 g.L-1 de CAP. O MBR demonstrou robustez e estabilidade ao manter a qualidade do permeado mesmo sob elevadas variações de DQO e teor de biomassa. Contudo, promoveu apenas uma remoção parcial dos agrotóxicos estudados. O CAP otimizou a eficácia do sistema; no entanto, foi observada uma perda gradual das eficiências com o tempo, o que destaca a necessidade de mais estudos acerca da duração e da confiabilidade deste material. Palavras-chave: 2,4-D. Atrazina. Carbendazim. Diuron. Pesticidas.