本发明涉及一种高速率工业污水曝气氧化处理装置，包括罐体、水提升泵、微纳米气泡发生器和空压机，所述罐体的上口封闭，顶部设置液位控制器、出水口和出气口，底部设置进水口和进气口，中部设置填料层，进水口与水提升泵相连，进气口与空压机连接，罐体内部底端设置微纳米气泡发生器，该气泡发生器分别与进水口、进气口相连，所述进气口与空压机之间设置气体加热器，所述进水口与水提升泵之间设置液体加热器。本发明能够在同等条件下，大大提高空气氧化能力和空气利用率，增加污水曝气氧化深度，提高污水处理的效率，进一步降低处理成本。