一种膜蒸馏水处理装置，其特征在于包括原料液进口管路、膜侧原料液室、原料出口管路、疏水性微孔膜组件、膜侧蒸馏液室和蒸馏液出口管路；所述的膜侧原料液室中与微孔膜组件相对应的间壁的外侧是与环境相接触的干壁面，膜侧蒸馏液室中与微孔膜组件相对应的间壁的外侧是与环境相接触的湿壁面。该装置自动从环境中获取热量来加热原料液，自动从环境中获取冷源来冷却蒸馏液，不需要人为地为装置的运行提供能源；该装置可以连续地处理原料液，源源不断地得到蒸馏液；该装置不仅可以在没有太阳的情况下运行，也可以在夜间运行；既可以小规模分散实施，也可以集成化应用。