一种双级旋流气浮选分离器，包括罐体，所述罐体设有一级出水口和至少一个一级入水口，所述罐体内安装有内筒，所述内筒上端设有开口，所述内筒下侧设有至少一个二级入水口，所述罐体的一级出水口通过管道与所述内筒的二级入水口连通，所述罐体上端与所述内筒开口对应的位置设有二级浮渣出口，所述罐体内壁和所述内筒外壁之间安装有隔板，所述隔板将所述罐体内壁与所述内筒外壁之间的空间分为上下两个部分，本发明结构紧凑，减小了设备体积和占地面积，除油和除悬浮颗粒物效果好，适用于各种污油水分离、悬浮物分离等应用领域，特别适用于石油化工行业含油污水的处理。