本發(fā)明提供一種臭氧催化氧化系統(tǒng)及催化氧化方法和應用，該臭氧催化氧化系統(tǒng)包括催化臭氧氧化反應罐(6)、無氣泡高濃度臭氧水制備裝置(5)和低能耗制冷裝置(2)；高濃度臭氧水(15)經(jīng)過射流釋放器(16)進入催化臭氧氧化反應罐(6)，形成細微氣泡，與經(jīng)過預處理的廢水(18)充分混合并發(fā)生臭氧氧化反應，去除廢水(18)中的部分有機污染物；催化臭氧氧化反應罐(6)中填充有礦物墊層(4)和催化劑(17)，分別與高濃度臭氧水中的過飽和溶解氧和剩余的溶解性臭氧作用產(chǎn)生羥基自由基，將廢水(18)中難降解的有機物分解去除。與常規(guī)臭氧催化氧化工藝相比，本發(fā)明的臭氧催化氧化系統(tǒng)可以更加高效的去除水中的難降解有機污染物。