本发明属于垃圾焚烧飞灰无害化及资源化利用领域,具体是一种飞灰处理系统及处理方法,其中飞灰处理系统包括：飞灰供应装置；外加剂供应装置,其盛装有可溶性磷酸盐溶液；超临界水热反应器,飞灰和可溶性磷酸盐溶液能够在超临界水热反应器中混合并进行超临界水热反应；第二固液离心机,用于将超临界水热反应结束后输送来的混合物料进行固液分离；灰渣烘干装置,用于将第二固液离心机分离出的固体物料进行烘干。本发明的飞灰处理系统及方法中,通过对飞灰进行超临界水热处理,不仅能高效降解飞灰中二噁英类有机污染物,同步实现多种重金属的稳定,且处理前后飞灰体积变化较小,能够实现灰渣的资源化再利用,处理效率高、适用性强、无二次污染。