本实用新型提供了一种用于污水深度处理的催化臭氧耦合气浮一体化装置，属于工业废水处理设备技术领域。本实用新型通过臭氧发生器、第一臭氧催化氧化塔、第二臭氧催化氧化塔、搅拌室、第一加药器、气浮池和溶气罐等设备的配合，将臭氧氧化和溶解空气气浮两种技术集中于同一个操作单元，使得催化氧化、混凝、分离、脱色、除臭、消毒等多个过程同步完成；并通过设置第一臭氧催化氧化塔、第二臭氧催化氧化塔及其中的第一回水管路和第二回水管路，能够实现臭氧的多重多级催化氧化，大大提高臭氧的利用率，降低臭氧的制造能耗；最终能够高效、快速去除水中多种难处理污染物，绿色环保、无二次污染，运行时间较现有气浮工艺大幅降低。