一种臭氧氧化脱色处理装置，依次包括气源设备、臭氧发生器、气体缓冲罐、增压泵、氧化反应塔、气液分离塔、浅层气浮池，氧化反应塔包括器壁、顶板和底板，器壁内依次套设第一、第二隔板，第二隔板围成第一反应区，第一隔板与第二隔板围成第二反应区，第一隔板与器壁围成第三反应区；第一隔板上部设有连通第三反应区和第二反应区的第一连通孔，第二隔板下部设有连通第二反应区和第一反应区的第二连通孔；各反应区底部设有配气管，第一反应区顶部设有喷淋布水管，第三反应区顶部、底部分别设有集气管、集水管。本发明臭氧转移利用率高、臭氧消耗量低、占地面积较小，高径比大，水深大，压力高。