本发明提供了一种污废水高效处理设备，包括依次连接的收油装置（1）、生物净化-氧化装置（2）、过滤装置（3）。本发明还提供了一种利用上述设备高效处理污废水的方法。该设备使用方便，运行成本低，处理效果好，处理效率高，通过收油装置、生物净化-氧化装置、过滤装置的组合，能够有效降解并去除油田三元污水、高含聚浓度（＞500mg/L）高粘度含油污水、低含聚浓度（＜500mg/L）含油污水、聚区废液、化工废水等污水中的污染物，使污水得到净化。