本发明涉及有机固体废弃物处理技术领域，尤其涉及一种有机固体废弃物环套环两相厌氧发酵系统及发酵装置，所述发酵系统包外环发酵罐、内环发酵罐、储气柜、沼气加压系统以及沼气利用系统，外环发酵罐套在内环发酵罐外侧，外环发酵罐用于物料水解酸化；内环发酵罐用于物料继续厌氧消化产沼气；储气柜位于内环发酵罐顶部用于收集产生的沼气；所述沼气利用系统包括沼气处理单元和沼气发电单元，发电余热用于内外环物料的加热保温，本发明通过环套环形式的两相厌氧发酵系统设计，罐体可以半地下或全地下，保温效果好，通过调整内外罐体内部的搅拌状态、pH值以及温度，保证两相厌氧发酵达到最佳状态，节约投资和运行成本。