本发明提供一种溶解氧优化分布脱氮工艺，污水依次经过水解酸化池、一级缺氧池、氧化池、二级缺氧池，完成污水的氨化、硝化及反硝化过程；其中氧化池产生的硝化液回流至一级缺氧池，二级缺氧池的出水采用外置管式膜完成泥水分离，该外置管式膜形成的浓缩液分别回流至水解酸化池与二级缺氧池；且水解酸化池、一级缺氧池、氧化池、及二级缺氧池内污水的溶解氧分别为0.0～0.2mg/L、0.2～0.5mg/L、0.5～4.0mg/L、0.2～0.5mg/L。本发明能够使得生物脱氮的效率提高，从而有明显的环境效益。