本发明涉及一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管，在反应筒内放置载有二氧化钛的轻质颗粒；在反应筒的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘、气提筒和三相分离器，在所述气提筒内设置有紫外光光源。本发明还提供一种利用上述反应器处理废水的方法。本发明耦合了多种污水处理技术，实现了难降解废水的高效处理，达到了废水回用的目的，是一种高效、实用的污水废水处理与回用工艺。