本发明公开了一种多形态微生物聚集体自养脱氮一体化装置，设有反应池，池内装有微生物聚集体，安装有垂直推杆滗水装置、固定式填料、曝气器、pH值在线检测仪、溶解氧在线检测仪、氨氮在线检测仪、硝态氮在线检测仪；反应池连接有进水管道、排水管道、排泥管道、空气管道、溢流管道、进水泵、鼓风机和电动阀门；还设有在线气体流量计、pH值在线检测仪、溶解氧在线检测仪、氨氮在线检测仪、硝态氮在线检测仪和信号连接的PLC控制器。运行方法：1)接种污泥；2)驯化培养；3)启动短程硝化反应；4)接种厌氧氨氧化颗粒污泥；5)厌氧氨氧化颗粒污泥增殖期；6)厌氧氨氧化菌生物膜培养期；7)自养脱氮一体化装置稳定运行。本发明适用于中高浓度氨氮污水脱氮处理，结构简单，自动化程度高，脱氮效果好，运行成本低。