用于污水处理系统升级改造的智能化立体生态内循环硝化方法及装置，是将污水处理的接触氧化池改造成沉淀池，并设置太阳能发电装置和风力发电机，为系统运行提供能源；沉淀池内设至少一立体生态内循环硝化处理单元，各单元自上而下分为生态除臭区和循环硝化反应区，各反应区自内而外分为好氧区和兼氧沉降区，好氧区设曝气元件，控制池内污水处理时的流量、溶解氧、温度及污泥浓度，使污水在好氧区和兼氧沉降区之间多次内循环流动，形成消耗内源性碳源的短程硝化、反硝化，上清液最后由出水口流出。本发明通过曝气动力使污水在各个区域循环流动实现循环硝化，有效脱除污染物，达到城市污水厂升级改造中对除臭除磷脱氮及总氮等指标达标排放。