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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。
碳源是微生物生长繁殖所必需的营养物质。微生物如同生物处理系统中的“工作者”，而碳源就像是它们的“食物”。在生物处理反应器中，微生物需要利用碳源来维持自身的生命活动，进行自我增殖。例如，在传统的污水处理工艺中，微生物通过摄取碳源中的碳元素构建细胞物质，进而繁殖出更多的微生物个体，形成活性污泥的一部分，帮助降解污水中的有害物质，提高系统处理污水的能力。污水中含有大量如脂肪、当地蛋白质、本地碳水化合物、同城有机酸等的有机污染物。碳源可促进微生物生长，而微生物通过其代谢作用将这些复杂性有机物逐步降解转化为二氧化碳和水等较为无害的物质，从而达到去除污水中有机物、当地净化污水的目的。与此同时，有机物质的降解会产生氢离子，如果pH值过低则对微生物生长和代谢产生不利作用，不过碳源在这一过程中可以起到一定的调节pH值的作用，避免该问题的恶化，保障微生物降解污染物的能力不被削弱。
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改善污泥性质污水处理过程产生的污泥是一种有机 - 无机复合物，里面含有大量的有机物质和微生物。适量的碳源投加有利于为污泥中的好氧微生物提供营养物质，促进它们的繁殖和代谢活动。首先，在污泥处理方面，这有助于提高污泥的稳定性。稳定的污泥不易发生腐化，对于后续的污泥处理过程至关重要。例如，污泥在储存过程中，如果稳定性不佳，就容易产生臭气，滋生有害病菌等问题。其次，碳源的投加对污泥的脱水性能也有改善作用。污泥脱水性能改善后，可以减少污泥的体积，降低污泥后续处理的成本。例如，某工业污水厂在污泥处理过程中，发现投加一定量的特定碳源后，污泥的含水率明显降低，在污泥压滤过程中，泥饼的形成更快更紧实，这使得污泥的处理量得以减少，也减少了污泥处置过程中的运输成本和填埋占用空间。
