本发明涉及一种臭氧异相催化氧化废水中COD的方法及装置。该方法利用固体催化剂将臭氧分解为氧化性更强的羟基自由基,然后羟基自由基与废水中的有机物发生氧化反应,将有机物转化为二氧化碳和水,从而达到降低废水中COD的目的。该方法中,臭氧与废水中COD的质量比为0.5~1 : 1,固体催化剂的使用量为0.2~2 g/L,停留时间为0.1~2 h。设计了实现该方法的催化氧化塔,该塔上部为废水和双氧水混合液分布区,中部为催化剂区域,下部为氧气和臭氧混合气体分布区。本发明的优点是解决了臭氧催化氧化中臭氧的利用率低、氧化速率慢的问题。