本发明公开了一种分割式甲烷氧化-反硝化反应器及其方法。反应器顶端设有盖板，盖板中央设有隔板，将反应器分割为两部分。反应器左侧为甲烷区，盖板左侧靠近隔板1/3处中央设置进水管，进水管左侧设置甲烷进气管，进水管右侧设置甲烷区出水管。盖板左侧靠近边缘1/3处中央设置甲烷溢出管。反应器左侧底部中央设置曝气头，并与甲烷进气管相连。反应器右侧为氧气区，设有氧气进气管、曝气头、氧气溢出管和氧气区出水管，与左侧各对应结构以隔板为对称面对称分布。本发明可实现甲烷与氧气的独立供应，避免混合供应带来的爆炸风险。同时，可将甲烷区出气中甲烷比例提高至75%以上，可作为燃料再利用；使氧气区出气中甲烷比例低于爆炸限，可直接排放。