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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、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主要的原料之一。
2.1微生物合成碳源
污水处理生化系统需要满足一定的碳氮磷营养比，其中碳就是污水中的有机物，自然界中也存在很多不能被微生物所降解的有机污染物，在环保领域经常用BOD5和COD的比值来平均污水的可生化性，当BOD5/COD≥0.6评价为易降解有机物。BOD5/COD=0.2~0.4评价为含有难降解有机物，较难被生物处理。BOD5/COD≤0.2评价为有机物可生化性差，难以被微生物所降解。BOD5/COD≤0.2的污水在处理中往往活性污泥存在负增长，不能维持系统持续处理有机物的生物量，此工况下，往往需要额外补充含碳元素并容易被微生物利用的碳源，作为微生物生长代谢细胞合成的能源。
2.2反硝化外补碳源
生物除磷包含聚磷和释磷两个阶段，污水处理工艺中，在厌氧以及好氧两个阶段，需要通过更多的聚积废水中的磷酸盐，让聚磷菌占优势生长，聚磷菌在活性污泥中的磷吸附量高于正常浓度的活性污泥，成为经常说的富磷污泥。脱氮除磷工艺中，好氧前端的厌氧段活性污泥里的聚磷菌需满足释放磷的功能，好氧段活性物中的菌种可以过量地摄取磷。系统内通过不断的聚磷、释磷后，废水中的磷酸盐被活性污泥吸附形成富磷污泥，再通过剩余污泥排放达到减少污水中磷含量。
污水处理中生物除磷三个阶段，分别是除磷菌磷释放、除磷菌过量摄取磷、富磷污泥排放。
污水中的有机物（碳源）在厌氧条件下发酵成为挥发性脂肪酸（VFAs），可以转变为聚b-羟基丁酸，以聚b-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，以此同时就是降解聚磷酸盐过程中的磷酸排出体外。
好氧条件下，污水中聚磷菌对磷的吸收，以聚磷的形式贮存在微生物细胞内，以聚磷酸高能键的形式捕积存储能量，将磷酸盐从废水转化到污泥中从而去除水中磷酸盐。另一方面微生物合成新ATP，细胞和存储细胞内糖，产生富磷污泥。
生物除磷系统的循环中活性污泥在好氧吸附的磷大于厌氧释放的磷，即好氧池形成富磷污泥，好氧池的剩余污泥排放即可将水中的磷排出系统外，完成除磷过程。
生物除磷中挥发性脂肪酸（VFAs）的原料供给就是由碳源提供，不管此碳源是从原水带来还是额外补充。工程应用中，碳磷比大于20倍作为评价生物除磷的重要条件。
3. 污水常用碳源类型
工程应用中外补碳源通常分为三大种类：
(1) 糖原：葡萄糖、蔗糖、果糖等；
(2) 醇类：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等；
(3) 酸类：乙酸、乙酸钠、甲酸钠、乙酸钾、柠檬酸等；
3.1常用碳源的反应机理
3.1.1糖的生物降解机理（以葡萄糖为例）
葡萄糖的生物降解机理，遵循糖酵解途径(glycolytic pathway），又称EMP途径。糖酵解好氧、厌氧生物途径如下：
3.1.2醇的生物降解机理（以甲醇为例）
甲醇的生物降解机理同样遵循三羧酸循环，研究表明甲醇在微生物作用下先转化为甲醛，而后再被氧化为甲酸。甲醇微生物降解，生物代谢途径的关键辅酶A，形成三羧酸循环和氧化磷酸化的通路生成CO2和H2O，并且释放能量合成ATP。
3.1.3有机酸的生物降解机理（以柠檬酸为例）
大部分有机酸的降解途径均遵循三羧酸循环，又名柠檬酸循环、Krebs循环。生物降解过程中的代谢产物为含有三个羧基的有机酸；
3.2各类碳源的生物降解途径
4. 复合碳源在污水处理的应用
市场上废水处理所用复合碳源，其主要成分是具有小分子的有机酸类、醇类、糖类物质，根据污水处理生化工艺、应用需求、菌群组成等因素考虑，进行科学配置组成的复合型碳源。污水处理应用中具有易被微生物吸收利用，减少有机污泥产量，提高污泥活性的特点。使用场景有：
（1）生化启动调试微生物快速生长代谢的原料补充，促进微生物快速生长；
（2）缺碳污水处理，有机碳源补充；
（3）生物除磷，碳磷比不足的有机碳源补充；
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