本发明公开了一种再生水厂出水水质在线监测与实时预测系统及其控制方法，系统包括：数据监测和采集系统、数据中心和主控计算机，数据监测和采集系统采集消毒工艺进、出水的水质理化指标数据并发送至数据中心，数据中心储存水质理化指标数据并实时显示出水水质的变化；主控计算机读取进水水质理化指标数据并进行出水水质预测，根据进水水质变化实时更新预测结果并显示。本发明实现了再生水厂出水水质实时监测与预测，通过读取最新出水理化指标监测结果，主控计算机可以实时动态显示出水水质的变化；将出水水质实时预测情况用于指导应对出水水质风险，提高了再生水厂应对源水水质变化的能力和效率；保证了水厂出水水质安全，提高了安全性。