针对当前养殖废水传统处理工艺成本高、效率低和占地面积大等问题，采用CFD模拟技术设计了一种利用水动力循环回流的一体化污水处理系统。通过有限元模拟寻优设备空间几何结构，设计了一种新的污水生化处理单元回流方式，减少了动能设备的数量和能耗。构建了模糊自适应PID控制系统，精准控制各单元的溶解氧浓度，可减少生物反应池溶解氧波动幅度。模拟结果表明，当厌氧池至缺氧池与缺氧池至好氧池的开口比为4∶1时，池体剖面的流速分布比较均匀，流体的循环可以避免形成死水区，从而减少污泥沉积。试验结果表明，研制的一体化系统运行稳定，可连续监测数据，COD、氨氮和TN去除率分别达98.76%、97.57%和96.43%，溶解氧能耗降低了20%。