本发明公开了一种高富营养化水深度净化处理方法及其处理装置，所述方法包括投药混合、混凝反应、水藻分离、藻浆处理、底泥处理和深度过滤工序。根据进水量加入重量比3~8克/吨絮凝药剂并充分混合后发生混凝反应10~20分钟，水中泥沙沉降于底泥收集区；通过清刮设备收集藻浆，泥沙沉降于底泥收集区，清水集中于中层；藻降和底泥脱水处理；清水经过滤进行深度净化处理后达标排放或作为中水回用。所述装置包括复合反应装置、水藻分离装置、清藻装置、藻浆收集槽和过滤装置。本发明将沉降及气浮工艺有机结合，实现泥沙沉降及藻浆上浮双重技术效果。对藻类污染物的去除率达95%以上，悬浮物清除率达98%以上。所采取不同工艺处理藻泥和底泥，脱水彻底。