一种光催化膜分离一体式耦合处理废水装置，涉及一种处理废水装置，本发明装置包括储液罐、水泵、一体式耦合装置、出水箱、空气压缩机、电磁阀、流量计、压力表和连接管线。本发明基于具有不同膜通量的滤膜，构建一体式光催化‑多级膜耦合分离装置，装置内固设有光源、微滤膜挡板、超滤膜挡板、纳滤膜挡板和隔板。本发明提出的光催化‑膜分离耦合废水处理方法在利用匹配的光催化剂，在紫外光照下将有机污染物及危险病毒等有效降解，同时利用膜分级过滤净化废水，实现水体的深度净化。一体式光催化‑多级膜分离装置造价低、易维护，可根据废水处理量定制相应尺寸。