本发明公开了一种AAO氧化沟实时调控系统及其污水处理方法。缺氧池混合液脱氮后回流至厌氧池，与原水一起进行厌氧释磷，克服了传统AAO工艺中硝酸盐对厌氧释磷的影响；厌氧池混合液、二沉池回流污泥和氧化沟回流硝化液一起进入缺氧池，进行反硝化脱氮；缺氧池混合液进入氧化沟，通过调控创造好氧-缺氧交替的环境，使沟内发生同时硝化反硝化，强化了脱氮效果；PLC控制系统根据各在线监测仪采集的信号对曝气模式、回流比等进行实时调控。本发明通过对传统AAO氧化沟进行结构及设备改造和运行模式调控，建立了一套基于进水变化的实时调控系统，解决了AAO氧化沟存在的污泥沉积、脱氮除磷效果不佳和能耗高等问题，实现了出水稳定达标和节能降耗的目的。