本发明涉及一种工业污水深度脱氮及回用工艺。针对现有前置反硝化或同步反硝化脱氮工艺存在的脱氮不彻底，出水总氮较高的问题，本发明提出O/A/O工艺，第一级好氧池和缺氧池分别控制在硝化和反硝化所需的最佳条件，使硝化、碳化和反硝化过程均能彻底完成；第二级好氧池使反硝化剩余的碳源得到分解，池内设置超滤膜，替代沉淀池。本发明具有总氮和COD去除率高、流程简单、控制方便的特点，适用于总氮指标不达标的现有污水处理系统的改造，或总氮高、碳源不足且较难生物降解工业污水的深度脱氮处理，出水可回用作循环冷却水补充水、锅炉补水的水源及其它用途。