本实用新型涉及一种丁烯氧化脱氢制丁二烯污水处理系统，其特征在于：包括均质调节池、溶气气浮池、一体化生物反应池、高密度沉淀池、曝气生物滤池，溶气气浮池、一体化生物反应池和高密度沉淀池均包括进水口、出水口和污泥出口，均质调节池的进水口用于污水通入，溶气气浮池的进水口与均质调节池的出水口相连，一体化生物反应池的进水口与所述溶气气浮池的出水口相连，高密度沉淀池的进水口与所述一体化生物反应池的出水口相连，曝气生物滤池的进水口与高密度沉淀池的出水口相连。本实用新型提供了一种耐冲击力强、占地面积小、运行成本低的丁二烯污水处理系统。