A maioria das estações de tratamento de águas residuais municipais baseia-se em processos de lamas ativadas, utilizando microrganismos como núcleo dos seus métodos de tratamento de águas residuais. Nesta abordagem, as necessidades de crescimento destes microrganismos tornam-se a principal preocupação. Os microrganismos são formas de vida orgânica, embora extremamente pequenas e invisíveis a olho nu. No entanto, em essência, o seu ciclo de vida não é diferente daquele de formas de vida maiores, como os humanos na Terra. Eles também precisam de alimentos para sustentar o seu crescimento, e a sua dieta consiste na mesma matéria orgânica necessária para a sua sobrevivência e desenvolvimento que a dos organismos maiores.
A maioria das estações de tratamento de águas residuais municipais baseia-se em processos de lamas ativadas, utilizando microrganismos como núcleo dos seus métodos de tratamento de águas residuais. Nesta abordagem, as necessidades de crescimento destes microrganismos tornam-se a principal preocupação. Os microrganismos são formas de vida orgânica, embora extremamente pequenas e invisíveis a olho nu. No entanto, em essência, o seu ciclo de vida não é diferente daquele de formas de vida maiores, como os humanos na Terra. Eles também precisam de alimentos para sustentar o seu crescimento, e a sua composição alimentar é a mesma dos grandes organismos – matéria orgânica necessária à sua vida. No entanto, a sua alimentação difere da dos grandes organismos; eles exigem alimentos mais diretos e finos para atender às necessidades específicas de seus pequenos indivíduos. A matéria orgânica dissolvida na água é o seu alimento, especialmente os poluentes orgânicos nas águas residuais descarregadas das habitações humanas. Os microrganismos presentes no lodo ativado em estações de tratamento de águas residuais sobrevivem, crescem e se reproduzem consumindo grandes quantidades de poluentes orgânicos provenientes de águas residuais. A matéria orgânica é essencialmente composta por compostos contendo carbono na Terra; esses compostos, contendo várias cadeias de carbono complexas, constituem o mundo rico e diversificado dos organismos na Terra. A matéria orgânica necessária aos microrganismos nas estações de tratamento de águas residuais pode ser simplesmente referida como fonte de carbono.
No entanto, nem todos os poluentes orgânicos nas águas residuais são adequados para a sobrevivência dos microrganismos, especialmente porque os seus processos vitais requerem uma proporção específica de matéria orgânica para nutrientes como o azoto e o fósforo. Os microrganismos que removem poluentes orgânicos das águas residuais precisam de nitrogênio e fósforo para crescer e se reproduzir. Os microrganismos precisam de nitrogênio para formar proteínas, componentes da parede celular e ácidos nucléicos; e precisam de fósforo para manter a energia necessária ao crescimento. Os cientistas expressaram a proporção de fontes de carbono e nutrientes exigidos por esses microrganismos usando uma fórmula molecular: C₅H₇NO₂P₀.₀₷₄. Ao usar o processo aeróbio de lodo ativado para tratar águas residuais, a proporção de DBO:N:P na água normalmente é necessária para ser de aproximadamente 100:5:1 para atender às necessidades normais de crescimento dos microrganismos no lodo ativado.
O núcleo da gestão da estação de tratamento de águas residuais reside na gestão dos microrganismos dentro da estação. Fornecer a esses microrganismos nutrientes suficientes e um ambiente adequado é uma tarefa crucial para todo operador de estação de tratamento de águas residuais. No entanto, devido às diferenças regionais nos hábitos alimentares, na descarga de águas residuais industriais e no volume de águas residuais a serem tratadas, a proporção real de nutrientes C:N:P nas águas residuais que entram na estação não é a de 100:5:1 necessária para o crescimento microbiano. É precisamente este desequilíbrio no afluente que leva os operadores de estações de tratamento de águas residuais a explorar diferentes fontes de carbono e até nutrientes. Alguns profissionais de ajuste de processos acreditam que fontes de carbono adicionadas artificialmente, como metanol, ácido acético, glicose e farinha – compostos orgânicos simples – são facilmente absorvidas e utilizadas pelos microrganismos, promovendo seu crescimento e reprodução. Portanto, a reposição da fonte de carbono na estação de tratamento de águas residuais é uma solução universal, e a reposição da fonte de carbono é necessária para qualquer problema de processo.
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