本发明公开了一种高浓度二甲基乙酰胺废水处理装置及处理方法，处理装置包括：缓冲池、调节池、曝气池、A池、O池和MBR膜池，高浓度二甲基乙酰胺废水先通入缓冲池，经所述缓冲池处理后通过缓冲池排水泵输送到调节池；经过调节池处理后的占总量1/2~2/3的废水先进入曝气池进行曝气，然后进入A池，未进入曝气池的废水直接进入A池；经A池处理后的废水进入O池；经过O池处理后的废水通过O池提升泵输送到MBR膜池（6）；经MBR膜池（6）处理后的废水进入下一环节，本工艺凯氏氮转化率达99.9%，总氮去除率可达99%，出水总氮稳定在出水标准70ppm，出水氨氮稳定在出水标准45ppm。