本发明公开了一种高速公路服务区模块化污水智慧处理装置及调控方法，装置包括进水管；与进水管连通的水解酸化池；多级AO池，包括多个交替排列的缺氧池和好氧池，缺氧池和好氧池的相邻处理槽相互连通；沉淀池，用于承接多级AO池出水，并设有出水管，用于输出沉淀后的污水；进水流量分配模块，用于将水解酸化池中的污水分配至各缺氧池中；曝气模块，用于切换多级AO池的好氧和缺氧环境；水解酸化池中置有生物载体一，用于与污水中的磷酸根反应形成鸟粪石沉淀；缺氧池和好氧池中置有生物载体二，用于促成好氧‑缺氧‑厌氧区的形成，并进行除磷、氧化水中的污染物和促进微生物增殖。基于上述装置的方法能够强化工艺脱氮除磷能力。