硝化過(guò)程主要由自養(yǎng)微生物完成，亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌，硝化過(guò)程所需碳源來(lái)自 CO2、HCO等無(wú)機(jī)碳源；硝化菌的世代期較異養(yǎng)菌長(zhǎng)得多，生長(zhǎng)繁殖速度緩慢， 產(chǎn)率較低，若進(jìn)水中有機(jī)污染物(COD)大大超過(guò)氨氮時(shí)，異養(yǎng)菌大量繁殖，并在與硝化菌競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì)，逐漸成為優(yōu)勢(shì)菌種，從而降低反應(yīng)器的硝化效率。一般認(rèn)為處理系統(tǒng)的 BOD 負(fù)荷小于0.15BOD/(gMLSS.d)時(shí)，硝化反應(yīng)才能正常進(jìn)行。
反硝化菌利用碳源作為電子供體，NO-和NO-作為電子受體，將 NO-、NO-還原成氮?dú)?，達(dá)到脫氮的效果。當(dāng)有溶解氧存在時(shí)，反硝化菌分解有機(jī)物利用分子態(tài)氧作為最終電子受體。在無(wú)氧情況時(shí)，反硝化菌利用硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮作為能量的電子受體，O2-作為受氫體生成 HO和 OH-堿度，有機(jī)物作為碳源及電子供體提供能量并被氧化穩(wěn)定。
硝化、反硝化過(guò)程對(duì)有機(jī)物的存在是矛盾的：自養(yǎng)硝化菌適宜在低碳源環(huán)境下生存，在大量有機(jī)物存在時(shí)，對(duì)氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)不如好氧異養(yǎng)菌，致使反應(yīng)器內(nèi)異養(yǎng)菌成為優(yōu)勢(shì)菌種；而反硝化反應(yīng)需要有機(jī)碳源作為電子供體完成脫氮過(guò)程。
在使用過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際工程情況選擇合適的碳源。常用的碳源：甲醇、乙酸鈉、面粉、葡萄糖、生物質(zhì)碳源等。
1、甲醇
普遍認(rèn)為甲醇作為外碳源具有運(yùn)行費(fèi)用低和污泥產(chǎn)量小的優(yōu)勢(shì)，甲醇作為碳源時(shí)，C/N〉5時(shí)能達(dá)到較好效果。
但其弊端有：
①作為化學(xué)藥劑，成本相對(duì)較高;
②響應(yīng)時(shí)間較慢，甲醇并不能被所有微生物利用，當(dāng)投加甲醇后，需要一定的適應(yīng)期直到它完全富集，發(fā)揮全部效果，當(dāng)用于污水處理廠應(yīng)急投加碳源時(shí)效果不佳；
③甲醇具有一定的毒害作用，長(zhǎng)期用甲醇作為碳源，對(duì)尾水的排放也會(huì)造成一定影響。
2、乙酸鈉
乙酸鈉的優(yōu)點(diǎn)在于它能立即響應(yīng)反硝化過(guò)程，可作為水廠應(yīng)急處置時(shí)使用。
普遍認(rèn)為乙酸鈉反硝化速率不如甲醇高，但由于它沒(méi)有毒性，污泥產(chǎn)率與甲醇相差不多，所以認(rèn)為它可以作為甲醇的替代碳源。以乙酸鈉為碳源，硝酸鹽為電子受體時(shí)，最佳的C/N=5，碳源缺乏時(shí)會(huì)引起亞硝酸鹽積累。
乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體，由于當(dāng)量COD低，運(yùn)輸費(fèi)用高，不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
3、糖類(lèi)
以葡萄糖為代表的糖類(lèi)物質(zhì)作為外加碳源處理效果不錯(cuò)，可是，它作為一種多分子化合物，容易引起細(xì)菌的大量繁殖，導(dǎo)致污泥膨脹，增加出水中COD的值，影響出水水質(zhì)，同時(shí)，與醇類(lèi)碳源相比，糖類(lèi)物質(zhì)更容易產(chǎn)生亞硝態(tài)氮積累的現(xiàn)象，所以，并不提倡大量使用葡萄糖作為外投碳源。
缺點(diǎn)：
① 需要現(xiàn)場(chǎng)配置成溶液，勞動(dòng)強(qiáng)度大，投加精準(zhǔn)性差，大型污水處理廠無(wú)法使用。
② 工業(yè)葡萄糖含雜質(zhì)多，食品葡萄糖價(jià)格貴。
4、生物質(zhì)碳源
隨著污水脫氮要求的提高，新興起專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)碳源的企業(yè)，他們通過(guò)生物工程原理，對(duì)一些糖類(lèi)、農(nóng)產(chǎn)品廢料等進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)無(wú)毒無(wú)害的生物制品，主要組分是小分子有機(jī)酸、醇類(lèi)、糖類(lèi)。其較單一的化學(xué)品更容易被微生物利用，其使用成本比單一化學(xué)品便宜，具備極高的性?xún)r(jià)比。這類(lèi)型產(chǎn)品，也是目前很多多提到的復(fù)合碳源產(chǎn)品。