本实用新型提供了一种高效富集反硝化菌并实现强化脱氮的运行装置。所述装置包括反应系统、恒温系统、搅拌装置和出水管；反应系统包括反应器筒体、进水口球阀、取样口球阀、引流口球阀和出水口球阀；反应器筒体内部从下至上为污泥区、填料区和分离区，填料区上、下侧均设有圆孔隔板隔开污泥区和分离区；恒温系统包括包裹在反应器筒体外部的保温隔层与伸入分离区的温度计。本实用新型保证了进水与污泥的充分接触及混合，增强了反硝化菌种的富集作用，降低了污泥膨胀的可能性，有利于实现反硝化菌对于废水的高效脱氮。