本实用新型提供了一种三维纳米二氧化钛纤维球，包括镂空球形外壳和二氧化钛纤维球，二氧化钛纤维球填充在镂空球形外壳内，二氧化钛纤维球的外表面分散缠绕有一组光导纤维，所有光导纤维的尾端插入二氧化钛纤维球内部，始端由二氧化钛纤维球内部穿出并伸出镂空球形外壳。本实用新型将具有一定空隙和疏密度的三维二氧化钛球装在球形外壳中，提高了耐水流冲击负荷的能力，可使水处理装置运行周期延长。并且使用了光导纤维束，使球形纳米二氧化钛纤维内部和外部均匀感受太阳光或人工光源发射的光，从而提高光能利用率。在处理污水时除了光催化氧化，还会起到流离生物载体的作用，提高净化效率。