本实用新型公开了一种废水深度处理系统，包括二沉池、活性炭吸附池、炭水分离池、清水池、活性炭再生罐、再生活性炭分离罐、催化剂分离池、活性炭中和罐。二沉池的进水端用于接收经过预处理系统处理过后的水，其出水端通过管道连接活性炭吸附池，活性炭吸附池的出水端连接碳水分离池，碳水分离池具有两个出口端，其中一个出口端通过管道连接清水池，用以将清水排放到清水池暂存，另一个出口端通过管道连接活性炭再生罐的进口端，用以将活性炭输送至活性炭再生罐，活性炭再生罐投料口，活性炭再生罐的出口端通过管道连接再生活性炭分离罐，用于将分离后的再生活性炭输送至再生活性炭分离罐。本实用新型具有降低水处理成本的有益效果。