本发明提出了一种自由浮球式气液分离超滤膜组件，包括气水分离膜组件，所述气水分离膜组件包括端盖、筒体、浇筑层和膜丝，还包括浓水装置和排气装置，所述浓水装置包括浓水管体，浓水管体贯穿浇筑层和浇筑层对应的端盖，从而连通端盖外侧与筒体内侧，所述排气装置包括套筒、排气管和浮球，所述套筒嵌入安装在浇筑层内，套筒连通浇筑层的两侧，套筒远离筒体的一端通过排气管与端盖外侧连通，套筒靠近筒体的一端开口内设有浮球腔体，浮球嵌入在浮球腔体内，浮球腔体为球形腔体，浮球腔体的直径大于浮球直径，浮球腔体的顶部设有圆形第一开口，浮球腔体的下方设有第二开口。本发明能够实现在具有曝气功能的膜组件中实现气液分离排放。