本实用新型公开了一种基于油水分离膜的油水分离装置，包括底座、支撑柱、顶板、过滤桶、油水分离桶和水处理桶，过滤桶的内部从下至上依次设置有第一过滤网和第二过滤网，油水分离桶的内部从上至下依次设置有第一油水分离膜和第二油水分离膜，水处理桶的内部设置有活性炭层。该基于油水分离膜的油水分离装置，通过过滤桶的设置，能够过滤掉含油污水中的大体积杂物，通过油水分离桶的设置，利用第一油水分离膜和第二油水分离膜的特性能够实现油水分离，通过活性炭层的设置，能够对分离后的污水进行吸附处理，去除水中的有毒物质，从而实现对含油污水的处理，有效防止含油污水污染环境。