本发明提供了一种油砂油开采污水的处理工艺，包括以下步骤：a）将油砂油开采污水在均质槽中进行均质处理，将所述均质处理后的污水进入气浮除油装置进行气浮除油处理，使悬浮油的去除率为85wt%～95wt%，乳化油的去除率为5wt%～10wt%；b）将步骤a）得到的污水进入絮凝气浮装置进行絮凝气浮处理，分离絮凝物与絮凝气浮污水；c）将所述絮凝气浮污水进行离心分离，得到油砂地层回注用水。本发明还提供了一种油砂油开采污水的处理系统。本发明将油砂油开采污水进行处理后得到的水质满足油砂地层回注水的水质要求。