本发明公开了一种应用于煤化工废水物化段的高级氧化耦合反应器，包括：微气泡气浮装置，包括微气泡气浮装置本体，微气泡气浮装置本体与待处理的原水相连通，且微气泡气浮装置本体能够对原水进行刮渣除沫并形成废水清液；芬顿反应装置，与微气泡气浮装置相连接，芬顿反应装置能够对废水清液进行固液分离；非均相臭氧催化反应装置，与芬顿反应装置相连接，非均相臭氧催化反应装置能够将固液分离后的出水进行催化反应处理。本发明能够对废水中残留的油类、致泡类有机物、颗粒物进行去除，其去除效果明显，并且可以将有机污染物在较短的时间内彻底分解，使COD稳定达标；同时，本发明还具有VOCs释放减量化、成本低、工艺简单等优点。