本发明公开了一种船舶油污废水的臭氧氧化处理工艺，包括以下步骤:油污水罐内的油污废水通过自流方式流入到隔油沉淀分离池进行分离；分离后的污水通过泵体输送至一体式气浮装置；气浮装置处理的污水通过泵体输送至臭氧氧化装置内，通过空压机将臭氧发生器产生的臭氧输送至臭氧氧化装置内，并在臭氧氧化装置的尾气端设置有尾气破坏器，对多余的臭氧进行处理；对臭氧处理后的污水依次经过一级好氧池、厌氧消化池、二级好氧池和MBR膜池进行处理，本工艺利用臭氧及催化剂催化臭氧产生的羟基自由基的强氧化作用，在去除废水中部分有机物、脱除色度、降低毒性的同时提高了废水的可生化性，经过臭氧氧化处理以后，废水毒性降低。