本发明公开了生物电催化臭氧氧化系统。具体的，本发明提出了一种生物电化学系统，该生物电化学系统包括：壳体，所述壳体中限定出反应空间；阴极，所述阴极包括可催化产生双氧水的催化剂；臭氧曝气口，所述臭氧曝气口设置在所述壳体上；阳极，所述阳极和所述阴极电连接；以及产电微生物，所述产电微生物附着在所述阳极的外表面。由此，该阴极可以原位产生过氧化氢，产生的过氧化氢和臭氧可以对污水中的有机物进行高级氧化，提高了生物电化学系统的污水处理能力；并且，将臭氧催化氧化反应用于生物电化学系统中，系统的电势差可由污水中的能量进行提供，免去了外部大量的电能投入，节省能耗，应用性广。