本发明公开了一种MBR膜技术一体化污水处理设备，包括罐体、以及设置于罐体中的厌氧生化区、缺氧生化区和好氧及MBR膜生物反应区；厌氧生化区、好氧及MBR膜生物反应区和缺氧生化区沿着罐体横截面分左中右分布；厌氧生化区与好氧及MBR膜生物反应区之间仅底部相通，好氧及MBR膜生物反应区的顶部液面高于缺氧生化区的顶部液面，好氧及MBR膜生物反应区的顶部设有与伸入到好氧及MBR膜生物反应区的出水管和与缺氧生化区连通的溢流堰；缺氧生化区的上部液面高于与厌氧生化区的上部液面，缺氧生化区的底部通过自流管路与厌氧生化区的上部连通；罐体上设有与其内部的厌氧生化区连通的进水管。本发明还公开了利用该设备的污水处理方法。