本发明公开了一种重金属废水的处理方法，包括如下步骤：将预处理的重金属废水上清液输入包括水解酸化反应池、缺氧脱氮反应池、缺氧除磷反应池和活性污泥池的A³O生化反应系统；将出水输入重金属膜反应器，并在反应器中投加降解有机物的专性菌，并将重金属膜反应器中的废水间歇回流到缺氧除磷反应池，即可。本发明所述的处理方法以A³O生化处理代替A²O生化处理工艺，调整回流比，在不增加水力停留时间、池容和工程造价的前提下，强化生化系统降COD、吸附重金属、脱氮、除磷的效果；以M-MBR代替二沉池，提高了活性污泥的浓度和生化反应速率，进一步强化降低COD、BOD，设备和工艺简单，可大规模地推广利用。