나노융합소재를 이용하여 방사성 오염수를 처리하는 수처리 시스템 및 그 방법이 제공된다. 이 시스템은, 유기물 및 방사성 물질이 함유된 오염수를 외부로부터 공급받아 저장하는 원수 탱크, 나노여과 및 정전기적 상호 작용을 통해 상기 오염수로부터 상기 유기물 및 상기 방사성 물질을 제거하는 나노여과막필터, 상기 원수 탱크와 제1 배관을 통해 연결되고, 상기 나노여과막필터의 후단에 제2 배관을 통해 연결되며, 정전기적 상호 작용을 통해, 상기 원수 탱크로부터 배출되는 오염수 또는 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수에서 유기물 및 방사성 물질을 제거하는 나노흡착필터, 상기 나노흡착필터로부터 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 탱크, 상기 원수 탱크와 상기 나노흡착필터 사이에 연결되는 제1 밸브(V1), 그리고 상기 원수 탱크와 상기 나노여과막필터 사이에 연결되는 제2 밸브(V2)를 포함하고, 상기 제1 밸브(V1) 및 상기 제2 밸브(V2)는, 교차 개폐된다.