本发明公开一种深度脱氮除磷工艺，包括如下步骤：（1）城市污水处理厂的生化出水进入臭氧氧化反应器中，在臭氧氧化剂的作用下进行臭氧氧化反应；（2）将步骤（1）臭氧氧化处理后的出水送入管式膜生物反应器中进行生化脱氮除磷处理，所述管式膜生物反应器沿污水流动方向分为进水区、好氧区和兼氧区，进水区设置臭氧过滤层分解臭氧、好氧区进行脱磷处理、兼氧区进行脱氮处理，出水经沉淀池后排放，部分污泥回流至管式膜生物反应器。该发明方法具有流程短，脱氮除磷效果稳定等特点，得到的出水可满足工业回用水的标准。