一种油污泥多级处理装置，包括多梯度搅拌箱、分离箱以及三相离心机，分离箱位于多梯度搅拌箱底部且与多梯度搅拌箱相通，分离箱与三相离心机相通，多梯度搅拌箱上设有进料管和进水管，多梯度搅拌箱内由上而下依次包括有翻料机构和打料机构，翻料机构向箱内的油污泥提供一个垂直向上的力以使箱内的油污泥由下而上翻起，打料机构包括搅拌棒以及旋转动力源，旋转动力源驱动搅拌棒转动以使箱内的泥团分散，多梯度搅拌箱与分离箱之间设有伸缩开板组件，分离箱内由上而下依次包括有多组超声波棒，超声波棒用于打碎分离箱内的油泥，分离箱底部设有与三相离心机相通的输料管；本实用新型优点在于能高效打散泥块且不会使油泥堆积。