本发明属于废水生物处理与资源化领域，特别涉及一种薄层表面流废水处理载体、废水处理与菌体回收系统及方法。所述的薄层表面流废水处理载体依次包含表面具有纳米小孔阵列的导电玻璃层、超滤膜层和碳基底催化层。本发明还提供了一种包含上述载体的废水处理与菌体回收系统，利用该系统使废水以缓慢薄层表层流动的方式通过上述负载光合细菌的薄层表面流废水处理载体，增大废水与光合细菌的接触面与接触时间，同时联合光合电子提取和电化学促进光合细菌代谢和释放胞外分泌物，提升废水处理效率以及光合细菌与载体之间的吸附力度并增大吸附量，实现同步废水高效处理和光合细菌菌体的高效富集与回收。