一种实现同步厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化的装置和方法，属于污水处理技术领域。主要包括膜生物膜反应器、进水箱、自动控制系统和出水箱，膜生物膜反应器通过充入甲烷和氩气维持反应器处于严格厌氧状态。采用先分别单独培养再协同培养的方法，培养和驯化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群，实现同步厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化过程；或者采用先单独培养N-DAMO菌，再培养和驯化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群，实现同步厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化过程。本发明利用Anammox和N-DAMO菌协同作用实现污水生物脱氮,并能降低脱氮过程中温室气体CH₄和N₂O减排。