一种用于二级生化出水同步除磷除COD的深度处理方法，包括以下工序：A、调节待处理水样pH范围为4～5；B、将FeSO₄和H₂O₂按摩尔比1:0.5~1.5混合，避光反应20～40秒后，加入步骤A的水样中，FeSO₄投加量与待处理水样中COD含量的质量比为1:2～3；C、分段搅拌，快速搅拌15～30秒、慢速搅拌10～15分钟，然后沉淀60分钟～180分钟；D、分离沉淀物后，上层清液为处理后出水。本方法可达到同步高效除磷和除COD的功效；处理后，出水中磷的含量可大大低于0.5mg/L，去除率可达到90﹪以上；COD含量低于50mg/L，去除率可达到35﹪以上，均满足国家相关排放标准限值要求。