本实用新型涉及一种双氧水协同臭氧催化湿式氧化反应系统，包括原水储罐和双氧水储罐，分别用于存储废水原水和一定浓度的双氧水，原水储罐通过管道依次和原水提升泵、预热换热器、加热换热器、双氧水混合器、臭氧吸入混合器以及湿式氧化反应器连通，而双氧水储罐通过管道依次和双氧水计量泵以及双氧水混合器连通，经过处理后的废水通过降温后输送至后续处理装置。本实用新型能够同时投加双氧水和臭氧作为氧化剂，提高废水湿式氧化反应的反应速率，较少反应时间，能够有效去除废水中的有机物，设备的投资以及运行成本低。