本发明公开了一种气泡层污水处理系统及处理方法，它包括气泡过滤室、快速微气泡溶气装置与溶气释放管；在气泡过滤室的底板上部固定有开有空洞的隔板，在气泡过滤室的左侧壁上设有溶气水进水接口，在气泡过滤室的底板上方的第一隔板上固定有均匀收水板，在均匀收水板上均匀开设有收水孔；且在从左向右的方向上，单位面积的均匀收水板上所开的收水孔的总面积呈逐渐缩小设置，在均匀收水板的右端部固定有第二隔板，气泡过滤区的长边长度与宽边长度之比为1~1.3:1。本发明可以使得气泡层分布在气泡过滤区间内部所有空间内，气泡过滤区内的气泡层深度达到1500~2000mm，气泡层中气泡粒径只有常规的五分之一至十分之一。