本实用新型公开了一种水性涂料废水处理系统，包括依次相连的物化处理系统、膜分离系统、生物处理系统，物化处理系统用于去除所述废水中的树脂、颜料，初步降低所述废水的化学需氧量；膜分离系统采用选择性透有机物膜，用于进一步降低来自所述物化处理系统的废水的化学需氧量，以满足所述生物处理系统的生化处理负荷要求；生物处理系统用于进一步降低来自所述膜分离系统的废水的化学需氧量。本实用新型通过在生物处理系统之前设置膜分离系统，预先降低水性涂料废液的COD，从而使得待处理废液满足生物处理系统的处理负荷要求，使得生物处理系统能够有效处理废液，降低COD，达到纳管排放标准，获得稳定的处理效果，且运行成本低。