本发明公开了一种城市污水产甲烷及高效深度脱氮的方法。属于污水生物处理技术领域。城市污水首先进入厌氧膜生物反应器，颗粒污泥将水中有机物转化为甲烷，通过膜组件截留污泥和溶解态甲烷，提高甲烷气体收集率，减少出水中溶解态甲烷作为温室气体释放；随后出水和从硝化反应器回流的硝化液一起进入到短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，颗粒污泥将硝态氮还原为亚硝态氮，同时将亚硝态氮和部分氨氮转化为氮气；接着出水进入短程硝化厌氧氨氧化反应器，颗粒污泥将部分氨氮转化为亚硝态氮，再将亚硝态氮和部分氨氮转化为氮气；最后进入硝化反应器，颗粒污泥将亚硝态氮和氨氮氧化为硝态氮，最终达到深度脱氮的目的。