本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种催化氧化污水处理设备，包括顺次连接并形成水流通路的过滤器、污水泵、射流器、反应器、换热器，还包括与所述射流器相连接并向反应器提供臭氧的臭氧发生装置；还包括冷却系统，该冷却系统包括顺序连接的冷却水箱、循环泵、换热器，臭氧发生装置，以形成用于冷却臭氧发生装置的冷却水循环回路；本发明可以高效的对污水中难降解有机物进行快速分解，最终可以使有机物氧化为二氧化碳等小分子化合物，可以有效除臭和脱色，使污水变得清澈透明，且减少大量的冷却水浪费或因冷却臭氧机耗费的能量。