一种高效节能的高浓度含酚含油废水处理装置及利用其处理高浓度含酚含油废水的方法，它涉及一种废水处理装置及处理含酚含油废水的方法。本发明的目的是要解决现有处理高浓度含酚含油废水的方法存在去除率低，空气气浮造成大量泡沫、COD升高、可生化性降低，空气气浮中氧气将酚类污染物氧化成苯醌等难降解物质的问题。一种高效节能的高浓度含酚含油废水处理装置，包括二氧化碳储气罐、二氧化碳压缩机、微纳米气泡发生器、气浮沉淀装置、泥油池、油水分离器、AOAO生化处理装置和二氧化碳净化器。本发明的方法适用于广大石油化工企业和煤化工企业的含酚含油废水处理，是一种符合“双碳”目标下的低成本含酚含油废水处理方法，应用前景广阔。