本发明涉及一种同时脱除废水中难降解有机物和总氮的装置及方法。所述装置包括臭氧催化氧化塔（3）和后置的缺氧生物滤池（7）。废水首先在臭氧催化氧化塔（3）中进行催化氧化，然后进入缺氧生物滤池（7）中进行反硝化反应后出水。本发明利用臭氧为氧化剂，在催化剂的作用下，将难降解有机污染物氧化为小分子易降解有机物，提高废水可生化性；通过缺氧生物滤池的反硝化反应，利用催化氧化产生的小分子易降解有机物为碳源，去除废水中的硝态氮。本发明可有效去除总氮，保证处理后出水总氮达标排放；本方法采用专用催化剂氧化难降解有机物，去除污染物的同时，解决了总氮脱除反应过程的碳源问题，无需外加碳源，运行成本低。