公开了一种污水处理嵌套式电化学反应装置，可用于油田污水的处理，所述反应装置包括：电絮凝反应器、电催化反应器、旋转电极、驱动所述旋转电极旋转的驱动系统；所述电絮凝反应器位于所述电催化反应器内，或所述电催化反应器位于所述电絮凝反应器内；所述电絮凝反应器上设有进水口，所述电絮凝反应器和所述电催化反应器通过管道流体连通，所述电絮凝反应器和所述电催化反应器上设有污泥流出口；所述旋转电极包括位于所述电絮凝反应器中的阳极和阴极，以及位于所述电催化反应器中的阳极和阴极。本公开的所述反应装置先对污水进行电絮凝处理，然后再进行电催化处理。可以提高水传质速率，提高电化学反应效率，降低能耗、设备体积和运行成本。