本实用新型公开了一种化工废水臭氧催化氧化深度处理系统，包括处理池，所述处理池的侧壁连通设置有多个通气管，多个所述通气管的另一端共同设置有环形的集气环，所述集气环连通设置有进气管，所述处理池内插设有废水管，所述处理池的顶部密封设置有端盖，所述处理池的内底壁设置有搅拌叶，所述搅拌叶连接有处理结构，所述处理池的底部连接有氧气回收结构。本实用新型使得臭氧与废水的接触较为均匀，从而保证反应速度，提高效率，同时通过对化工池进行不同位置的搅拌，提高液体流动速度，加快反应进程，并对氧气进行吸收利用，节约资源。