本发明提供了一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其方法，该装置包括均质浆化处理装置、污水污泥预处理装置以及餐厨垃圾预处理装置；该方法包括如下步骤：一、使用餐厨垃圾预处理装置对餐厨垃圾进行预处理并调节含水率；二、将经污水污泥预处理装置预处理的脱水泥饼和经步骤一处理后的餐厨垃圾按比例混合，进入均质浆化处理反应器进行均质浆化处理后成为产酸相进料；三、将产酸相进料加入产酸相反应器，进行水解和酸化后成为产酸相出泥；四、将产酸相出泥加入产甲烷相反应器中，进行厌氧发酵产生甲烷。本发明的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其方法，有效解决了两者各自单独处理所存在的问题，具有更高的甲烷产量和有机物降解效率。