本发明公开了一种催化臭氧氧化-陶瓷膜过滤深度处理焦化废水的系统，主要由臭氧发生器、臭氧氧化反应器、增压泵、陶瓷膜组件、气液分离器、尾气吸收装置、废水回流泵、催化剂回流泵、催化剂添加泵、催化剂流出槽、催化剂添加槽和相应的管件、阀门以及仪表组成。系统通过催化臭氧氧化和陶瓷膜分离的联用实现了粉末催化剂在动态反应器中的应用，设置回流废水和催化剂泥浆对流以及上升流冲击确保单一反应器中分段进行臭氧氧化和催化臭氧氧化，降低单独臭氧氧化和催化臭氧氧化过程中的传质阻力，提高羟基自由基利用率和有机物去除率，并最终实现了焦化废水深度处理后出水的COD、色度和浊度达标等目的，同时解决了粉末催化剂成型为颗粒时活性急剧降低、使用颗粒催化剂增加传质阻力和颗粒催化剂更换时需要暂停运行等问题。