硝化过程主要由自养微生物完成，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，硝化过程所需碳源来自 CO2-、HCO-等无机碳源；硝化菌的世代期较异养菌长得多，生长繁殖速度缓慢， 产率较低，若进水中有机污染物(COD)大大超过氨氮时，异养菌大量繁殖，并在与硝化菌竞争中占优势，逐渐成为优势菌种，从而降低反应器的硝化效率。一般认为处理系统的 BOD 负荷小于0.15BOD/(gMLSS.d)时，硝化反应才能正常进行。
反硝化菌利用碳源作为电子供体，NO-和NO-作为电子受体，将 NO-、NO-还原成氮气，达到脱氮的效果。当有溶解氧存在时，反硝化菌分解有机物利用分子态氧作为最终电子受体。在无氧情况时，反硝化菌利用硝态氮和亚硝态氮作为能量的电子受体，O2-作为受氢体生成 HO和 OH-碱度，有机物作为碳源及电子供体提供能量并被氧化稳定。
硝化、反硝化过程对有机物的存在是矛盾的：自养硝化菌适宜在低碳源环境下生存，在大量有机物存在时，对氧气和营养物质的竞争不如好氧异养菌，致使反应器内异养菌成为优势菌种；而反硝化反应需要有机碳源作为电子供体完成脱氮过程。
反硝化碳源的选择原则
1、外加碳源易被微生物降解，易被反硝化菌利用，不存在残留物对后续出水达标造成不利影响的间题；
2、反应速度足够快，确保所投加的碳源尽量在厌、缺氧功能区内耗尽，避免增加后续曝气系统的负担和运行成本；
3、不会对系统内的微生物种群类型和含量造成影响，避免投加碳源前后出现微生物的短暂适应性问题；
4、价格便宜，安全性好，且易于投加、保存和运输，可就近获得。
