本发明涉及污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法，属于水处理技术领域，该装置包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控制单元，同步混凝-吸附混合单元包括进水细格栅、混凝剂投药池、吸附剂投药池及三个水泵；膜分离浓缩单元包括膜浓缩反应池，所述反应池内设有膜组件；气体反冲控制单元包括空气压缩机、空气调压阀、控制器、进气电磁阀；该方法包括原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道内同步混合后泵入到膜浓缩反应池的进水口，与膜浓缩反应池内的浓缩液进行接触混合并抑制膜污染的快速生长；混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件实现清液与富集碳源分离和气体反冲；本发明实现了高效碳源浓缩。