本发明涉及一种降低预处理系统复氧效果的优化碳源利用污水处理系统，包括预处理系统和生物处理系统两部分，预处理系统包括依次连接的粗格栅、进水泵房、细格栅、曝气沉砂池、初沉池，预处理系统的上方设置双层加盖通过管道连接除臭系统，生物处理系统包括依次连接的预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池，预缺氧池、厌氧池、缺氧池的上方设置单层加盖通过管道连接曝气沉砂池曝气系统后供给曝气沉砂池曝气。本发明的预处理系统双层加盖和曝气沉砂池曝气气源选择来自加盖后的生物系统低含氧量气体，能够降低预处理系统污水复氧效果，合理控制进水碳源在预处理系统的消耗，提高进水碳源有效利用率。