本实用新型公开了一种多级过滤海水淡化设备，属于海水淡化设备技术领域。一种多级过滤海水淡化设备，包括设置于生物反应器与贮水池之间的膜渗透分离机构，膜渗透分离机构包括分离过滤箱，分离过滤箱前端通过螺栓固定有端盖，端盖与分离过滤箱内部均为中空结构并闭合形成分离过滤腔，分离过滤箱内部固设有多级渗透组件。本实用新型通过对现有膜分离处理单元进行合理改进，使得海水从膜渗透分离机构两端同时进入分离过滤腔，同时利用双膜渗透面板的高效性，不仅缩短海水停留时间，而且在两层膜的外侧增设一道渗透防线，可以有效预防在传统模式下渗透膜损坏造成的巨大损失。