本发明提供了一种自养反硝化深度脱氮装置，属于废水深度脱氮技术领域。该装置包括调节池、反应器、沉淀池，反应器内的底端设有排泥区，排泥区的上方设有布水管，排泥区和布水管之间有滤网相隔，所述布水管上方设有反应区，反应区上方设有集气区。该装置构建了自养反硝化生物滤床，优化了反应区的填料种类及配比。本发明还公开了一种自养反硝化深度脱氮方法，该方法优化了运行方式及运行条件，提高了体系中自养反硝化菌的生物活性及反硝化能力，从而减少了启动时间、增强了体系脱氮效果，具有能耗低、反应快、无二次污染等特点，解决了现有自养反硝化技术在处理低碳源污水过程中出现的启动时间长、出水硫酸根浓度高、易堵塞、硫磺易流出等问题。