本发明公开了一种颗粒污泥一体化自养脱氮的装置，设有进水水箱、一体化厌氧氨氧化反应器；反应器设有壳体，在壳体内设有反应区、沉淀区，反应区设有微孔曝气头、固定填料层、顶部区；沉淀区设置有斜板沉淀区、溢流堰、出水管路；反应区和沉淀区之间设有导流板、回流孔；反应区顶部设有回气口和出气口；在反应器的底部设有污泥排放管路。运行方法，包括以下步骤：1)接种污泥；2)启动阶段；3)连续运行。本发明适用于城市污水处理厂对高氨氮，低碳氮比的消化污泥脱水液进行旁侧处理；也适用于其他高氨氮工业废水的脱氮处理。工艺完善，运行操作简单，控制灵活，运行成本低，污水处理效果好，效率高。