利用纯氧曝气进行低碳高氮污水硝化反应的方法，属于污水处理设备与技术领域。包括曝气池（1）和沉淀池（2），其特征在于：所述曝气池（1）内设有多个并排的隔墙（3），将曝气池（1）隔为多个曝气室，每个曝气室内均安装有曝气机（4），曝气池（1）一端开有进水口，另一端开有出水口并与沉淀池（2）的入水口连通，沉淀池（2）开有出水口和回流口，沉淀池（2）的回流口连通曝气池（1）。该利用纯氧曝气进行低碳高氮污水硝化反应的装置无需添加碳源、氧气利用率高、有效去除氨氮和有机物，并且降低工作成本，适于普遍应用。