本发明提供一种光催化氧化反应装置，包括用于对废水进行净化的光催化氧化反应器，所述光催化氧化反应器上设置有紫外灭菌灯组以及用于提供臭氧的第二曝气装置，所述第二曝气装置设置在光催化氧化反应器底部并从下往上曝气，所述紫外灭菌灯组设置在第二曝气装置之上的光催化氧化反应器内，所述紫外灭菌灯组内包括若干紫外灭菌灯，所述紫外灭菌灯均匀分布在光催化氧化反应器内。本方案中以臭氧为氧化剂，紫外灭菌灯的光为催化剂，通过光催化氧化技术实现废水的净化处理，能无选择的将废水中的污染物最终矿化为二氧化碳、水和无机盐，不会产生污泥也不会产生二次污染。