本发明涉及一种双膜法深度处理柠檬酸废水的装置及方法。本发明所述的装置包括依次连接的进水系统、絮凝沉降系统、陶瓷膜超滤系统和反渗透系统。所述方法的要点在于经A/O工艺处理过的柠檬酸废水再经过絮凝、沉降后进入陶瓷膜超滤系统，陶瓷膜超滤系统出水达到SDI≤2的要求，再经过反渗透系统处理；RO出水可直接作为柠檬酸生产的工艺用水（调浆、发酵、提取、石灰乳配置等工段）和软化水（循环冷却水及补充水）。本发明利用双膜法实现了柠檬酸废水的处理与回用，设备紧凑，自动化程度高、操作简便，出水水质优良且稳定，具有显著的环境效益和经济效益。