本发明公开了一种初沉污泥内碳源开发强化城市污水脱氮的装置及方法，属于低C/N比城市污水处理及初沉污泥生化处理技术领域。该装置设有原水水箱、序批式硝化反应器、序批式污泥发酵耦合反硝化反应器及污泥贮存池；通过安装在好氧反应区和发酵耦合反硝化反应区的DO/ORP/pH传感器，优化控制曝气量供给及反硝化时间。本发明创新性地组合使用序批式反应器应用于污泥内碳源开发-利用工艺中，适用于投加初沉污泥作为反硝化碳源的低C/N比城市污水处理优化控制，可以节省碳源，提高脱氮效率，并且具有设备简单、运行灵活、脱氮效率高等优点。