一体化同步短程硝化厌氧氨氧化耦合短程反硝化处理低碳氮比城市污水的装置和方法，属于污水生物处理技术领域。装置包括有城市污水原水箱、SBR反应器、鼓风曝气机、出水箱。反应开始，生活污水先进入SBR反应器，反硝化菌利用生活污水中的碳源对上周期剩余NO3‑进行短程反硝化，产生的NO2‑‑N同步与NH4+‑N通过厌氧氨氧化作用去除，剩余有机物被反硝化菌储存至体内合成PHA，反应结束后进行低氧曝气，在生物膜上进行一体化厌氧氨氧化反应，去除NH4+‑N，生成少量NO3‑‑N，再进行搅拌，反硝化菌利用储存的PHA进行内源反硝化。该发明以短程硝化和短程反硝化的形式实现NO2‑积累，高效去除城市污水的N、COD，充分利用生活污水中有机物，无需外碳源，节省曝气能耗，实现深度脱氮。