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在污水处理系统中，微生物所需的有机物称为碳源。在活性污泥培养驯化阶段，由于构建的生物池中没有微生物，因此需要对微生物进行培养、收集和驯化。这一阶段微生物需要大量的碳源保持快速增长。现阶段，普通城市生活污水中的有机污染物作为碳源还不能满足微生物的生长需求。同时，由于生活污水中的碳源是一种复杂的有机物，往往不能被初生长的微生物吸收利用。因此，在这个阶段，补充碳源是很有必要的。在一些情况下，污水的碳氮比失衡，特别是在收集面积小、收集人口少，或在工业废水厂，污水的碳氮比失衡。因此，在这样的进水环境之中，需要为微生物补充碳源，以维持微生物的高活性。碳源在污水处理厂的使用主要分为提供微生物合成菌体繁殖的主要营养、附近反硝化的电子供体、生物除磷协助聚磷菌释放。也可以说碳源就是污水厂维持微生物生长较主要的原料之一。
许多污水中的有机污染物成分复杂，部分有机物质难以被微生物直接利用。添加合适的碳源能够优化污水中有机物的组成结构，使得污水更易于被微生物进行生物降解，即提高污水的可生化性。可生化性提高后，细菌、附近真菌等微生物更易将污水中的有机污染物代谢分解为无害或低害的物质，如简单的无机化合物和二氧化碳，从而降低污水中的化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等污染指标，更好地达到污水排放的标准要求。?在生物除磷工艺中，碳源也至关重要。在厌氧和好氧交替的环境下，聚磷菌在厌氧阶段释磷时需要利用碳源合成细胞内的储能物质；在好氧阶段，聚磷菌又利用储存的能量超量摄取磷。如果碳源不足，聚磷菌无法正常进行这样的代谢过程，会导致除磷效果大打折扣。而适当地添加碳源能够保障聚磷菌的正常代谢，从而增强生物除磷的效果。
微生物是污水处理的核心力量，它们能够分解污水中的有机物，将其转化为无害物质，以此实现水质净化。而碳源是微生物的能量来源，就像汽车需要汽油才能运行一样，微生物需要靠碳源来维持其生长速度和活性。不同种类的微生物因为自身所能产生的酶系不同，可利用的碳源也不同。例如在生物化学反应中，微生物可以利用碳源分解产生的化学能，用于自身生命活动中的代谢过程，这其中包括营养物质的摄取、当地细胞的分裂与繁殖、合成细胞内的各种复杂的生物分子如蛋白质、核酸等。这些生物分子构建了微生物细胞的基本结构，是微生物生存和行使功能的重要基础。除了作为能量供给者之外，碳源还为微生物提供了合成细胞成分的碳骨架。细胞中的各种有机化合物，如多糖、当地脂质、附近蛋白质和核酸等，都需要碳元素作为基本的构建单元，而碳源为这些过程提供了必要的碳元素原料，在物质合成方面起到了不可替代的作用。例如，葡萄糖作为一种常见的碳源，在微生物分解过程中，其中的碳元素可以参与到细胞内糖原的合成过程中，为微生物储存能量以备后续的需求。
