本发明涉及一种非均相催化臭氧氧化处理水的方法及用于该方法的装置，所述装置主要由1个中心接触塔、1~4个催化氧化塔和1~4根辐流式连接管组成。待处理水由中心接触塔顶部进水总管流入，与底部曝气头通入的臭氧气流逆向接触，再经导流斜面、连接管送至催化氧化塔。臭氧气流经曝气盘进入催化氧化塔内，与水流同向流动，使固体催化剂呈完全流化状态。催化氧化塔中部设有膜分离组件和出水管，用于实现出水分离，底部装有收集斗和放空口。在线监测溶解臭氧浓度，以控制臭氧投加量。利用通气压力实现各塔的加压操作，尾气由集气罩上的排放管排出。与现有技术相比，本发明可将微米级固体催化剂用于连续处理，具有净化效率高、适用范围广、运行稳定、操作灵活等优点。