一种环境治理技术领域的废水深度脱氮除磷工艺与装置，该装置包括：依次串联设置的厌氧池、三段缺氧池及好氧池，其中厌氧池内设置有生物填料以固定水解酸化微生物，缺氧池分隔为相互连通的三段，第三段兼具沉淀分离功能，好氧池内设置有膜组件以截留硝化微生物。待处理污水按一定配比分别进入厌氧池和第二段缺氧池，第三段缺氧池的浓缩污泥回流至厌氧池或外排，上清液溢流到好氧池以进行硝化处理和膜分离处理，好氧池的出水按设定比例分别回流至第一段缺氧池或外排。该工艺基于微生物生理特性，将不同功能微生物菌群分隔在不同的工艺单元，以提高微生物代谢活性，在简洁工艺中以较低的消耗实现了废水深度脱氮除磷。