本发明公开一种臭氧循环氧化反应处理系统及处理方法，属于工业废水处理、污水深度处理领域。臭氧循环氧化反应处理系统包括臭氧发生装置、溶气泵和臭氧反应器，通过设置回流支管将部分臭氧反应器出水回引至溶气泵得到循环，使臭氧反应器出水中部分未反应完全的臭氧进一步得到利用；同时，部分臭氧通过溶气泵加压后，充分溶解入循环水，并同循环水一同进入臭氧反应器的进水口，使得臭氧在水中的溶解度大大提高，增强了氧化效果。其中，臭氧反应器的气水混合管道和独特的内部构造，增强臭氧与污水混合动力，延长气水反应时间和行程，有利于提高传质速率，提高臭氧与污水的反应效率。