本发明提供一种提高微生物的有机物分解速度，防止有机物残留于处理水的废水处理方法和废水处理系统。该废水处理系统包括：曝气槽（1）；散气装置（1a）；臭氧吸附槽（16）；喷射器（10），混合从曝气槽（1）抽出的含有污泥的处理水（3）与由臭氧吸附槽（16）生成了的高浓度臭氧气体；臭氧反应槽（19），使污泥与高浓度臭氧气体接触而进行改质；污泥返送泵（7），向曝气槽（1）返送改质污泥；测量器（21），测量曝气槽（1）中的微生物活性度；以及控制装置（23），基于微生物活性度的测量结果，控制散气装置（1a）的曝气量、喷射器（10）中的臭氧气体量、和污泥抽出量。