總氮超標治理需要投加碳源，主要是因為污水處理中反硝化脫氮這一關鍵環節依賴于外部有機碳源。以下是詳細解釋：
1. 脫氮過程的核心：硝化與反硝化
污水中的總氮（TN）主要包括氨氮（NH??）、硝態氮（NO??）、亞硝態氮（NO??）和有機氮。生物法脫氮主要通過兩個步驟完成：
硝化：在好氧條件下，自養菌（如亞硝酸菌、硝酸菌）將氨氮氧化為硝酸鹽（NO??）。這個過程不需要額外的有機碳源，反而需要低有機物環境以避免異養菌過度繁殖影響硝化效率。
反硝化：在缺氧條件下，反硝化菌將硝酸鹽（NO??）和亞硝酸鹽（NO??）還原為無害的氮氣（N?），從而從水中去除。這一步是脫氮的關鍵，也是需要投加碳源的原因。
2. 為什么反硝化必須投加碳源？
反硝化菌是異養型微生物，它們需要有機物作為：
電子供體：提供能量，用于還原硝酸鹽。
碳源和營養：用于自身的生長和繁殖。
其簡化反應可表示為：
NO?? + 4H（來自有機物）→ 1/2N? + H?O + 2OH?
這意味著，沒有足夠的有機碳源，反硝化反應就無法有效進行，硝酸鹽會殘留在水中，導致總氮超標。
3. 為何需要“額外”投加？
許多污水（尤其是市政污水或經過處理的工業廢水）存在“低碳高氮”的特點：
原水中的有機物（COD/BOD）含量較低。
經過前段處理后，可用于反硝化的有機物已基本被消耗。
在這種情況下，內源碳源不足以支持完全反硝化。為了滿足嚴格的總氮排放標準（如一級A標準要求TN ≤ 15mg/L），就必須外加碳源來補充“燃料”。
4. 如何選擇和計算碳源投加量？
選擇碳源：常用碳源包括甲醇、乙酸鈉、葡萄糖、復合碳源等。選擇時需綜合考慮反硝化速率、安全性、成本、污泥產量和環境影響。例如：
乙酸鈉：反應速度快，安全性好，但成本較高。
甲醇：成本低，但有劇毒，操作風險大。
復合碳源：由多種碳源復配而成，往往具有更高的生物利用度、更優的性價比和更穩定的效果，是當前趨勢。
計算投加量：理論上，完全反硝化所需的 COD:TN（C/N）比約為 2.86:1。考慮到微生物自身生長和系統內回流帶入的氧氣消耗，實際運行中通常將 C/N 比控制在 4:1 到 6:1 之間。
簡單估算公式：
需投加的碳源量（以COD計，mg/L）= 5 × （需去除的TN量，mg/L）
總氮超標治理投加碳源，是因為反硝化過程必須依賴有機碳源作為能量和營養。當污水本身碳源不足時，外加碳源是保障反硝化順利進行、實現總氮達標排放的必要手段。選擇合適的碳源并精確控制投加量，是污水處理廠高效、經濟運行的關鍵。