一种地层采出水处理装置，包括混合箱和反应箱，混合箱用于盛装地层采出水和对应的氧化剂一起混合后的的混合液体；反应箱内从上至下依次布置有雾化层、第一紫外光层、放有催化剂的催化剂放置层、第二紫外光层，混合箱内的混合液体能够导入到反应箱的雾化层进行喷雾，雾化后的雾化颗粒在重力作用下自由下落，依次穿过第一紫外光层、催化剂放置层和第二紫外光层，直至下落到反应箱内的内底面上。不仅能够使待处理的地层采出水中的表面活性剂结构和大分子有机物结构被快速地破坏掉，从而实现地层采出水中有害物质的快速降解，不再具备起泡性，大幅降低有机物的含量，而且在快速降解的过程中，不会出现由于添加过多的氧化剂、催化剂等而出现二次污染。