本发明提供了一种光催化-膜耦合工艺装置及其运行方法，一种光催化-膜分离耦合工艺装置，包括：光催化单元、上模、膜分离组件，所述光催化单元包括：石英玻璃、石英玻璃压板和紫外辐照灯，所述紫外辐照灯用于提供杀菌消毒和光催化降解的紫外光源；所述上模的上端面中心位置设置有凹槽，用以固定所述石英玻璃；所述石英玻璃压板将所述石英玻璃固定于所述上模上端面；所述膜分离组件包括：分离膜、分离膜支撑板和塑料筛网；所述分离膜支撑板固定于所述上模的下方，所述分离膜位于分离膜支撑板和上模之间，所述塑料筛网位于所述分离膜和分离膜支撑板之间。通过光催化和膜分离的耦合，使其在分离净化水体时，既能快速高效分离净化水体，又能控制膜污染问题。