本發(fā)明屬于廢水催化氧化處理技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種催化氧化廢水深度處理系統(tǒng)。包括：氣液混合部，將廢水與氣體氧化劑預(yù)混合；催化氧化部，與氣液混合部連接，用于氣液混合流體與催化劑接觸發(fā)生反應(yīng)；回流沉淀部，與催化氧化部連通，用于折流沉淀分離催化劑，形成高密度催化劑區(qū)域；催化劑分離回收部，包括磁分離裝置和催化劑投加裝置，用于分離回收催化劑；其中，催化劑為具有磁性的微米級粉末狀催化劑；催化氧化部采用機(jī)械攪拌進(jìn)行混合。該系統(tǒng)采用磁性微米級粉末狀催化劑、在機(jī)械攪拌作用下，實(shí)現(xiàn)類均相催化氧化反應(yīng)，反應(yīng)速率快、時間短、反應(yīng)充分，催化劑循環(huán)利用，運(yùn)行成本低。