本发明公开了一种大气压等离子体射流协同超声与催化的水处理装置，包括气液两相反应单元、超声辐射单元、气体流量调整单元、液体流量调整单元、气液分离单元、光学检测单元、水质分析单元、驱动单元，所述气液两相反应单元内部设置有光催化单元。本发明利用大气压等离子体射流(APPJ)在气相中产生等离子体的活性物质注入水处理反应器用于降解液相有机废水中的污染物分子，并与超声辐射单元的超声作用和光催化单元的光催化作用产生协同效应，增强气相放电产生的活性物质处理有机废水，有效地提高了废水处理的效率。