本发明涉及一种难降解有机废水臭氧催化氧化处理装置及工艺。所述装置包括催化氧化塔、其底部入口连接的臭氧发生器及其顶部出口连接的尾气处理再利用系统；所述尾气处理再利用系统的出口连接臭氧发生器的入口；所述尾气处理再利用系统包括依次连接的二氧化碳吸收塔、干燥单元及氧气储罐。本发明利用纯氧通过臭氧发生器产生高浓度的臭氧，在催化氧化塔中臭氧催化氧化有机废水中的大分子难降解有机污染物，尾气经尾气处理再利用系统作为臭氧发生器的气源循环利用。本发明通过尾气处理再利用系统去除二氧化碳及水蒸气，使尾气得到净化，避免造成二次污染的同时提高氧气利用率，降低处理成本。