本发明涉及一种基于碳源回收的低能耗污水处理工艺及装置，属于污（废）水处理技术领域。该工艺流程包括快速混凝池、厌氧动态膜-生物反应器、出水自然复氧器、厌氧发酵反应器和气体收集器。低浓度有机污水在快速混凝池进行高效絮凝后，进入厌氧动态膜-生物反应器，实现固液分离，出水经自然复氧后，水质稳定达到国家二级排放标准。同时回收的低品质碳源（厌氧污泥）进入厌氧发酵反应器，通过水解-发酵产酸-产甲烷途径，最终使污水中能源物质以挥发性脂肪酸（VFAs）或甲烷等高品质碳源形式回收。该工艺通过物化分离手段与厌氧生物处理工艺的耦合，在较短的水力停留时间内，实现低浓度有机污水的高效处理，并对污水中有机碳源进行回收。该工艺能够在常温条件下高效厌氧处理低浓度有机污水，最大程度实现污水处理的节能降耗。