本发明涉及一种对含低浓度污油的废水进行深度除油的方法及装置。含低浓度污油的废水从进口进入装置后首先通过整流器使流体均布，其次通过以一定方式编织的亲油疏水纤维和亲水疏油纤维编织层进行微量油滴的捕获、聚结长大及微量水包油形式乳化液的破乳、分离，最后通过波纹强化沉降分离形式实现油滴的快速聚结长大分离。发明还提供了一套实现该方法的装置，包括壳体、进料管、整流器、纤维聚结层、波纹强化分离层，以及液面计等几个部分。本技术分离效率高、能耗小、连续运转周期长，可广泛应用于各个含低浓度污油废水处理过程。