本发明提供一种深度脱氮除磷的MBR污水处理系统，依次包括厌氧池、前缺氧池、好氧池、后缺氧池和膜池。膜池中不设置曝气，膜组器通过机械传动装置实现往复运动，有效的解决了膜污染问题，并进一步降低了MBR工艺曝气能耗，还避免了由于污泥过度氧化引起出水总氮升高。通过膜池的改进实现了膜池直接回流至厌氧池，简化了工艺回流形式，同时还避免回流DO和硝氮过高影响生物除磷效果。好氧池通过分区曝气，控制末端DO<0.1mg/L，改善后缺氧池反硝化效果。后缺氧池中段设置回流点和后置加药点可同时实现内源与外源反硝化，节约脱氮成本，外加碳源时，可保证出水总氮小于1mg/L。本发明用于市政污水处理可在不外加碳源时实现地表IV类出水，其中TN<5mg/L，TP<0.2mg/L。