本發(fā)明提供了一種兩相循環(huán)分級熱脫附系統(tǒng)，包括土壤預處理系統(tǒng)、高溫熱處理系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)，污染土壤干化后進入破碎篩分裝置，篩下土壤進入磁選裝置去除金屬雜物；預處理后的土壤依次通過一級熱處理單元和二級熱處理單元，有機污染物從土壤中揮發(fā)脫附；熱處理單元所產生的高溫廢氣經廢氣處理系統(tǒng)處理，尾氣達標排放；廢水進行混凝沉淀，上清液進入氧化池處理達標后循環(huán)利用，污泥脫水濾液循環(huán)利用，泥餅進入熱脫附系統(tǒng)循環(huán)處理。本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：①熱脫附系統(tǒng)分級設置，污染物去除效率高；②多品類熱源分級利用，熱量利用效率高；③達標尾水循環(huán)利用，廢水和污泥零排放。