Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tự nhiên và trong cuộc sống của con người. Từ 3000 năm trước Công Nguyên, người Ai Cập đã biết dùng hệ thống tưới nước để trồng trọt và ngày nay con người đã khám phá thêm nhiều khả năng của nước đảm bảo cho sự phát triển của tương lai: nước là nguồn cung cấp thực phẩm và nguyên liệu công nghiệp dồi dào, nước rất quan trọng trong nông nghiệp, công nghiệp, trong sinh hoạt, thể thao, giải trí và cho rất nhiều hoạt động khác của con người. Ngoài ra nước còn được coi là một khoáng sản đặc biệt vì nó tang trữ một nguồn năng lượng lớn, hòa tan nhiều vật chất có thể phục vụ nhiều mặt cho con người. Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu và nguồn năng lượng, làm dung môi, làm chất tải nhiệt và dùng để vận chuyển nguyên vật liệu. Nước bao phủ 70% diện tích của quả đất trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt. Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm, nó còn là thành phần cấu tạo chính của cơ thể sinh vật, chiếm từ 50% – 97% trọng lượng cơ thể, chẳng hạn chiếm 70% trọng lượng cơ thể người, Sứa biển tới 97%. Trong 3% lượng nước ngọt chỉ có 0,5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng. Nếu trừ phần nước ô nhiễm thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được (Miller, 1988). Con người đã thải ra một khối lượng lớn nước sau các hoạt động sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô nhiễm. Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành nước thải sinh hoạt, nước khí quyển và nước thải công nghiệp. Nhận thấy nhiều lợi ích của quá trình chuyển hóa kị khí, người ta đã áp dụng chúng vào xử lý nước thải sinh hoạt nhằm giảm ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho thấy những hạn chế trong việc áp dụng công nghệ này, từ đó đặt ra những cơ hội cho việc áp dụng những thiết kế cải tiến giúp nâng cao hiệu quả loại bỏ chất gây ô nhiễm trong nước thải, rút ngắn thời gian lưu, cắt giảm nhiên liệu, đồng thời tái tạo những hợp chất có giá trị.