本发明涉及一种污水处理反应器及其处理方法，反应器包括箱体、进水管和出水管，所述进水管安装于箱体的底部，所述出水管安装于箱体的顶部，所述箱体内部从上至下依次设置有上层曝气组件、导流组件和下层曝气组件，上层曝气组件所在区域及其上方为好氧区，下层曝气组件所在区域为缺氧区或厌氧区。通过双层曝气组件和导流组件的设置，可使反应器上下区域内的混合液发生回流并达到极高的回流比，反应器内可发生硝化反硝化以及同步硝化反硝化的反应，辅以溶解氧的精准调控，反应器内可发生短程硝化反硝化、同步短程硝化反硝化以及厌氧除磷的反应，从而极大地提高了污水处理效率。