一种无外加碳源实现低碳氮比城市污水同步脱氮除磷的装置和方法，属于污水生物处理领域。将城市污水抽入到厌氧/好氧/缺氧SBR反应器内，厌氧搅拌120～240min后进行曝气搅拌；厌氧/好氧/缺氧SBR反应器内DO浓度为0.5～1mg/L，曝气搅拌阶段在线监测反应器内pH值变化曲线，当pH值变化至最低点出现后及时停止曝气，再进行缺氧搅拌；缺氧搅拌阶段在线监测反应器内pH值变化曲线，当pH值变化至最高点出现后停止缺氧搅拌；沉淀排水，排水比为0.2～0.4。厌氧/好氧/缺氧SBR反应器运行时需排泥，使污泥浓度维持在2000～4000mg/L范围内。该方法实现低碳氮比城市污水在无外加碳源条件下的同步脱氮除磷，节省了氧耗、能耗，降低了城市污水处理费用，且提高了脱氮除磷效率。