本发明公开了一种厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置及其工艺，该系统主要由太阳能加热系统、厌氧蒸馏膜生物反应池、膜出水循环冷却系统、在线膜出水量检测系统、气体膜面冲刷系统以及气体收集系统构成，该系统通过以疏水性蒸馏膜代替传统的微滤膜的方式，将厌氧膜生物（AnMBR）过程和膜蒸馏（MD）过程科学的结合在一个反应池内，对污水中COD的去除率达到了99%以上，实现了氮（N）、磷（P）、金属离子的99%去除。本发明适用于各类污水的高效净化处理,其出水效果与反渗透出水相近。