总氮超标治理需要投加碳源，主要是因为污水处理中反硝化脱氮这一关键环节依赖于外部有机碳源。以下是详细解释：
1. 脱氮过程的核心：硝化与反硝化
污水中的总氮（TN）主要包括氨氮（NH₄⁺）、硝态氮（NO₃⁻）、亚硝态氮（NO₂⁻）和有机氮。生物法脱氮主要通过两个步骤完成：
硝化：在好氧条件下，自养菌（如亚硝酸菌、硝酸菌）将氨氮氧化为硝酸盐（NO₃⁻）。这个过程不需要额外的有机碳源，反而需要低有机物环境以避免异养菌过度繁殖影响硝化效率。
反硝化：在缺氧条件下，反硝化菌将硝酸盐（NO₃⁻）和亚硝酸盐（NO₂⁻）还原为无害的氮气（N₂），从而从水中去除。这一步是脱氮的关键，也是需要投加碳源的原因。
2. 为什么反硝化必须投加碳源？
反硝化菌是异养型微生物，它们需要有机物作为：
电子供体：提供能量，用于还原硝酸盐。
碳源和营养：用于自身的生长和繁殖。
其简化反应可表示为：
NO₃⁻ + 4H（来自有机物）→ 1/2N₂ + H₂O + 2OH⁻
这意味着，没有足够的有机碳源，反硝化反应就无法有效进行，硝酸盐会残留在水中，导致总氮超标。
3. 为何需要“额外”投加？
许多污水（尤其是市政污水或经过处理的工业废水）存在“低碳高氮”的特点：
原水中的有机物（COD/BOD）含量较低。
经过前段处理后，可用于反硝化的有机物已基本被消耗。
在这种情况下，内源碳源不足以支持完全反硝化。为了满足严格的总氮排放标准（如一级A标准要求TN ≤ 15mg/L），就必须外加碳源来补充“燃料”。
4. 如何选择和计算碳源投加量？
选择碳源：常用碳源包括甲醇、乙酸钠、葡萄糖、复合碳源等。选择时需综合考虑反硝化速率、安全性、成本、污泥产量和环境影响。例如：
乙酸钠：反应速度快，安全性好，但成本较高。
甲醇：成本低，但有剧毒，操作风险大。
复合碳源：由多种碳源复配而成，往往具有更高的生物利用度、更优的性价比和更稳定的效果，是当前趋势。
计算投加量：理论上，完全反硝化所需的 COD:TN（C/N）比约为 2.86:1。考虑到微生物自身生长和系统内回流带入的氧气消耗，实际运行中通常将 C/N 比控制在 4:1 到 6:1 之间。
简单估算公式：
需投加的碳源量（以COD计，mg/L）= 5 × （需去除的TN量，mg/L）
总氮超标治理投加碳源，是因为反硝化过程必须依赖有机碳源作为能量和营养。当污水本身碳源不足时，外加碳源是保障反硝化顺利进行、实现总氮达标排放的必要手段。选择合适的碳源并精确控制投加量，是污水处理厂高效、经济运行的关键。