本发明公开了太阳光催化氧化-膜分离三相流化床循环反应装置，它包括由采光板(平截式复合抛物面采光板或太阳光聚能板)、太阳能跟踪装置、管式反应器、下部水箱、第一曝气装置组成的光催化反应区和由膜分离器壳体、膜组件组成的膜分离器2部分，膜组件底部可根据需要而设置第二曝气装置，且太阳能跟踪装置可根据需要而不设置，膜分离器壳体是敞开式、或带有排气装置封闭式的；下部水箱、膜分离器壳体、循环管中可依需要而设置加热装置。本发明太阳光催化氧化-膜分离三相流化床循环反应装置既可进行光催化氧化反应，亦可进行光、热协同催化氧化反应。