一种低温下实现颗粒污泥短程硝化—厌氧氨氧化耦合内源反硝化脱氮的装置和方法属于污水生物处理技术。(1)以传统活性污泥为种泥，进水为城市污水，以厌氧/好氧运行；(2)硝化抑制和颗粒污泥形成阶段。控制较短的好氧反应时间和较低的污泥龄，维持低氨氮去除率，同时实现硝化细菌淘洗。(3)硝化活性恢复和颗粒污泥成熟阶段。延长好氧反应时间，同时增大曝气量，富集氨氧化细菌，实现短程硝化。(4)控制好氧反应时间，实现出水亚硝与氨氮的浓度比在1‑1.3范围内。(5)反应器运行模式变为厌氧/好氧/缺氧，同时接种厌氧氨氧化颗粒污泥，反硝化聚糖菌在厌氧段储存内碳源，实现低温下脱氮。该发明无需投加药剂且操作简单，可以快速启动短程硝化并且稳定实现低COD/TIN的城市污水深度脱氮。