本发明公开了一种利用光催化纳米材料处理污水的系统，系统包括一级过滤室、二级过滤室、气体回收室以及光处理室；光处理室分别与一级过滤室、二级过滤室、气体回收室相连通。工艺包括：污水通过一级过滤室进入光处理室；光处理室杀灭水中细菌及藻类；再经过二级过滤室排出；气体回收室回收二氧化碳。本发明利用纳米二氧化钛的光催化功能对污水进行杀菌灭藻处理，是一种安全有效的水处理方法；纳米二氧化钛的光照来源为自然光，代替电灯可降低电灯耗费的电能；本发明利用凹透镜对光线的发散作用，增加光线与纳米二氧化钛的接触面积，并且利用集光装置上倾斜的平面镜增加光线的进入量，增加参与光催化的光子量，从而能够显著的提升光催化效果。