本发明涉及污水处理领域，具体的说是一种用于污水处理厂总氮处理的一体化反硝化系统，设备外壳前侧上方的进水管与设备内部的导流混合区相连，导流混合区通过穿孔花墙与反硝化区相连，设备外壳的后侧上方设有出水管，进水管和出水管通过三通并联在原有污水处理系统管路上，原有污水处理管路上设有截流量控制阀，设备外部还设有碳源投加装置，反硝化区内部设有填料。本发明还提供一种一体化反硝化系统的控制方法。通过在原有污水处理管路上并联一体化反硝化系统设备，施工及安装极为便捷，非常适用于原污水处理构筑物的改造及革新，具有工期短，施工快捷的优势。另外，截流量控制阀可以做到全部或部分处理二级处理出水，具有灵活的调节性。