本实用新型公开了一种污水尾水分级处理装置，该装置包括配药单元、污水尾水分级单元、磁混凝反应单元、沉淀出水池和磁粉回收单元；污水尾水分级单元包括依次连通的膜孔径逐级减小的一级超滤膜组件、二级超滤膜组件和三级超滤膜组件；所述磁混凝反应单元包括混凝反应池组和磁絮凝反应池组。本实用新型通过设置“尾水分级单元和磁混凝反应单元”，将污水尾水进行分级，再分别对每级污水进行磁混凝处理，排除不同分子量的溶解性有机质之间的相互影响和干扰，显著提高了污水处理装置对溶解性有机质污染中氨氮、总磷等主要水污染物的去除效率。