本发明公开了一种天然橡胶加工废水深度脱氮装置和方法，废水首先进入厌氧产甲烷反应器，废水中大量有机物转化为CH4释放；接着进入除有机物反应器低氧生物吸附段，将废水中剩余部分有机物吸附至污泥中，经过1#沉淀池泥水分离后，沉淀污泥部分回流至高氧生物再生段，充分曝气降解污泥中有机物，沉淀池上清液进入AOAO反应器发生反硝化、厌氧氨氧化及硝化等作用，实现深度生物脱氮；而后废水部分进入2#沉淀池进水泥水分离，上清液排放，部分作为硝化液回流；1#和2#沉淀池部分沉淀污泥进入产酸池发酵产生挥发性有机酸(VFAs)，含有VFAs的发酵液可作为AOAO反应器反硝化优质碳源。上述装置可以强化深度脱氮，同时降低系统能耗和实现能源回收。