一种低碳城市污水除磷与短程硝化的单污泥系统序批式反应装置与方法属于城市污水处理与资源再生领域。所述装置包括序批式反应器、搅拌机、曝气设备等。方法：利用控制污泥龄、选择性排泥，维持低溶解氧，时控半亚硝化，保留聚磷菌，抑制亚硝酸盐氧化细菌，富集氨氧化细菌，快速启动了以聚磷菌和氨氧化细菌为主导的微生物系统，并优化聚磷菌与氨氧化细菌共存的微环境，使出水磷含量达到一级A标准、亚硝酸盐氮与氨氮的比值约为1：1。在沉淀排水之后，创新性地对沉淀污泥进行缺氧搅拌，利用內源反硝化将残留的亚硝酸盐氮还原成氮气。本发明解决了聚磷菌与氨氧化细菌不能和谐共存于单污泥系统中的问题，为除磷自养脱氮工艺提供一种新思路。