本发明提供了一种用于铁泥回用的Fenton法污水处理一体化装置及其方法，所述装置至少包括：依次连接的Fenton反应池(1)，污泥储池(2)，铁泥酸化反应池(3)，紫外双氧水反应器(4)和电解反应池(5)。本发明提供的一种能在线回用铁泥的Fenton法污水处理方法首先实施Fenton处理，接着将铁泥排放到污泥储池(2)，然后在铁泥酸化反应池(3)中充分进行酸化反应，并利用浸没式膜组件(17)过滤，降低有机物含量与悬浮物浓度，再使用紫外双氧水反应器(4)二次氧化，最后通过电解将Fe3+还原为Fe2+，获得再生的Fe2+催化剂；所述方法实现了Fenton铁泥的在线回用，减少Fenton铁泥排放70％以上，减少Fenton反应催化剂用量50％以上，因此，具有广阔的应用前景与潜在的市场价值。