本实用新型提供了一种黑臭污水处理系统，前置沉淀池提供的缺氧环境可同时实现颗粒物沉淀过程、有机氮的氨化过程和硝态氮的反硝化过程，后置反应池的微纳米气泡发生器和搅拌装置，加速了黑臭污水的复氧过程，实现了化学反应试剂在黑臭污水中迅速均匀混合，此外，还能防止反应池内悬浮体下沉，可同时实现BOD去除过程、磷酸盐去除过程和氨氮的硝化过程，上向流过滤池中的三层滤料同时截留处理水中的微小悬浮物，末端生物净化监测池通过水生植物实现黑臭污水残存氮、磷的同化吸收，通过水生动物对水生环境质量的敏感性实现高效连续、实时监测、客观可靠的监测效果，同时水生植物和水生动物形成小型自养生态系统，大大降低了监测成本。