本发明公开了一种污水污泥深度处理装置，包括破碎装置、干燥装置、焚烧装置和余热锅炉，还包括污泥冷冻容器和冷冻干燥能量循环系统，冷冻干燥能量循环系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器以及设置于污泥冷冻容器中的第一换热器，压缩机出气端与冷凝器连接，蒸发器经第一换热器与压缩机的进气端连接；冷凝器通过气体管道与干燥装置底部相连通，蒸发器与通过气体管道与干燥装置顶部相连通。余热锅炉内设有导热油管，导热油管与空气进行热传递对空气加热，加热后的空气被分别输入干燥装置和污泥冷冻容器，以供污泥干燥和解冻。本发明不用加入化学制剂，不增加污泥处理量，工质能量的循环利用以及利用污泥自身热量提高了污泥的冷冻效率和热量利用率。