本发明提供一种染料废水的处理方法，染料废水处理系统包括沿废水流经方向依次设置的预处理池、光催化氧化反应池、均质调节池、生物反应池、沉淀池。废水经预处理除去其中的悬浮的污染颗粒，经光催化氧化将部分大分子有机染料和其他大分子有机污染物深度氧化成无毒无害的小分子物质，经均质处理将废水的pH值调节至大于等于6，经生物处理除去剩余的大分子有机污染物并进一步将废水中的小分子有机物分解成无机物，经沉淀处理将水中污泥进一步沉淀，水质达标后即可排放。本发明中的光催化氧化处理所需消耗的能量低，水处理成本低，有利于保护环境，有助于染化企业发展。