本发明涉及一种化学除磷工艺优化控制装置，包括过程检测仪表、变频器和工控机；过程检测仪表用于监测关键节点的水量水质数据，变频器的输入端连接工控机，变频器的输出端连接加药泵，通过改变加药泵的电机频率控制加药泵的出流量；工控机内还设置有除磷药剂流量控制单元，它包括加药泵流量控制模块、二沉池出水磷酸盐控制模块、前馈水量补偿模块和出水总磷安全裕量反馈补偿模块；加药泵流量控制模块根据二沉池出水磷酸盐控制模块、前馈水量补偿模块和出水总磷安全裕量反馈补偿模块输出的加药量计算当前的加药流量，并将其转换为控制信号输出到变频器控制加药泵。本发明适用于同步和后置化学除磷工艺，能够稳定出水磷酸盐浓度。