本实用新型公开一种废水采样装置，包括一级储气机构、二级储气机构、气泵、采样瓶和缓冲机构；所述采样瓶上设有进水管，所述采样瓶出气端与所述缓冲机构的进气端流体导通连接，所述缓冲机构出气端与所述气泵进气端流体导通连接，所述气泵出气端与所述二级储气机构进气端流体导通连接；所述一级储气机构出气端和所述二级储气机构出气端分别与所述采样瓶进气端流体导通连接；所述一级储气机构出气端上、所述二级储气机构出气端上和所述缓冲机构进气端上分别设有截止阀。本实用新型利用惰性气体填充采样管路和采样瓶，减少深层废水与空气中氧气或臭氧的接触机会，从而减少深层废水中易氧化物质的消耗，提高深层废水化学耗氧量测定的准确性。