本公开涉及废水处理的技术领域，提供一种臭氧微纳米气泡耦合非均相催化剂废水处理装置及方法，其中，废水处理装置包括反应罐、臭氧输送管、废水输送管、连通管、输水管、进气管、微纳米气泡发生器、设置在所述反应罐中的曝气件、布水器，所述微纳米气泡发生器能够设置为将所述废水输送管提供的废水的一部分与所述进气管提供的臭氧混合，并将所述废水输送管提供的废水的剩余部分输送到所述输水管。通过以上方案，微纳米气泡发生器更均匀地分散到废水中，提高二者混合的均匀性，保证废水可以更充分地反应，提高了臭氧的利用率，提升废水处理的质量。