本发明涉及污水生化处理技术领域，提供一种改良型A2O生化反应系统及污水处理方法，改良型A2O生化反应系统包括至少一个厌氧区、至少一个缺氧区、至少一个好氧区和至少一个三相分离器，三相分离器设置在好氧区内且与好氧区的底部密封连接，三相分离器适于将好氧区分隔形成第一好氧区和第二好氧区。采用一体化池型结构，节省了占地，方便了高效回流装置的使用，有利于降低回流能耗，可以明显提升全流程的脱氮除磷功效。三相分离器能够将其分离的硝化污泥自动回落到第二好氧区的末端，硝化污泥随着硝化污泥混合液一同回流到缺氧区，可将污泥回流和硝化污泥混合液内回流合二为一，节省了一套回流系统，减少了一个控制点，操作更简单，方便运维管理。