本发明公开了一种臭氧加压溶气罐及其应用的污水深度处理系统，所述臭氧加压溶气罐的进气口与臭氧进气管路连接，所述臭氧加压溶气罐的进水口与污水进水管路连接，所述臭氧加压溶气罐通过液体释放管路与臭氧反应塔的进水口连接，所述臭氧加压溶气罐连接的气体释放管路与液体释放管路在臭氧反应塔的进水口汇接。本发明充分发挥加压溶气的优势，提高臭氧加压溶气罐内的臭氧溶解度，提高臭氧对污水氧化治理的效果，同时通过臭氧加压溶气罐内未完全溶解的臭氧气体，通过释压过程，在臭氧反应塔内形成气水射流，构建异相催化臭氧微气泡反应器系统，臭氧氧化反应效率及利用率将得到显著提升，实现对剩余臭氧的利用和污水二次深度净化。