本发明公开了一种用于高浓有机、难生化废水的处理装置，包括沿竖直方向依次向上连通的进水系统、含有絮状污泥的第一反应室、第二反应室、出水室，第二反应室内的上下两端分别固定安装有三相分离器，第二反应室的上下两端、出水室顶部均设置有排气口，排气口通过管路连接有沼气收集器，三相分离器与排气口通过管路相互连接，第二反应室下端的三相分离器通过管路与第一反应室连通，第二反应室上端的三相分离器通过管路与出水室连通，出水室通过管路连接有废水收集器，在第二反应室内上下两端的三相分离器之间固定连接有生物填料区域，生物填料区域内放置若干水解填料。本发明能够有效解决传统厌氧反应器存在运维成本过高，沼气外泄的问题。