本实用新型揭示了改良AAO水处理系统，包括依次连接的厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器及沉淀池，好氧反应器通过内回流管路连接所述缺氧反应器，沉淀池通过污泥外回流管路连接预反硝化池，预反硝化池连接所述厌氧反应器，预反硝化池的进液端连接原污水进水管路的第一支路，原污水进水管的第二支路连接所述厌氧反应器。本方案在传统A2O法的厌氧池之前设置预反硝化池,将沉淀池的回流污泥和原污水共同引入预反硝化池，使微生物利用原污水中的有机物作碳源进行反硝化，提高了传统AAO系统抗回流硝酸盐影响的能力，消除了硝态氮对厌氧释磷的不利影响,保证了除磷效果，同时保证系统脱氮效果。