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氧化沟利用沟内溶解氧分布的不均匀性，通过合理设计，使沟中产生交替循环的好氧段和缺氧段，可以达到脱氮的目的。但是，同一沟中好氧段与缺氧段各自的体积和溶解氧浓度很难准确地加以控制，因而脱氮效果不理想。为此，本课题主要针对Carrousel氧化沟工艺脱氮性能展开了讨论，配合SBR间歇试验，探讨了Carrousel氧化沟工艺在处理生活污水的过程中，基于溶解氧、污泥负荷以及碳源这三方面强化脱氮的控制策略。
试验用Carrousel氧化沟装置由3部分组成：水箱、附有前置厌氧区(7L)和缺氧区(21L)的氧化沟系统、二沉池，各部分的有效容积分别为500L、280L，和95L。缺氧区和厌氧区分别设搅拌器进行搅拌，氧化沟好氧区内设磨砂曝气头进行充氧，同时设置搅拌器以推动混合液的循环流动。
为使氧化沟内曝气、推流所占空间比例更为合理，在恒定曝气量的情况下，考查了最优氧化沟布气方式。研究发现，于直沟段设置3个曝气头的布气方式最合理。此时，不仅氧的利用率高，而且有利于系统脱氮，脱氮率达67.78％。若布置2个曝气头，DO偏低区域过大，硝化条件不充分。设置4个曝气头时，容易导致沟内DO浓度偏高，缺氧反硝化条件不足，使得脱氮效果较差。
此外，为优化氧化沟DO控制，在采用3个曝气头布气方式及保持曝气点DO浓度相同的基础上，探讨了不同DO水平对系统脱氮效果的影响。结果表明，在进水负荷为0.04～0.07kgBOD/(kgMLSS·d)及污水水温维持在22℃～28℃时，宜控制DO浓度在1～1.6mg/L的范围内，满足出水氨氮零排放要求的同时，系统的脱氮效果最佳，脱氮率达67.08％。0.1～0.2mg/L的DO水平严重偏低，远不能满足硝化所需的溶解氧要求，脱氮率仅有49.86％。DO为0.5～1mg/L时，出水氨氮(4.4mg/L)达到排放标准，但充氧不足不能很好地起到混合推流作用，导致系统效果降低。DO=1.9～2.7mg/L时，因DO偏高致使反硝化条件不能满足而影响系统脱氮，而且过量曝气又造成能量浪费。合理的DO控制，需要根据进水水质、水温等的变动和氧化沟运行工况的改变适时调整，以期提高氧的利用率，同时最大限度地改善工艺脱氮性能。
考察污泥负荷(Ns)对Carrousel氧化沟工艺运行效果的影响时，发现对于冬季(水温维持在(14.0±0.6)℃)运行的Carrousel氧化沟工艺，宜选择0.10kgBOD/(kgMLSS·d)的污泥负荷，以保证硝化作用的充分进行，进而取得理想的脱氮效果。Ns为0.10kgBOD/(kgMLSS·d)时，氨氮去除效果最好，氨氮去除率在99％以上，出水氨氮在0.6mg/L以下，而且此时的脱氮效果较为理想，平均脱氮率为54.7％，最高达62.8％。Ns为0.17kgBOD/(kgMLSS·d)时的最高氨氮去除率只有59.8％，出水氨氮在23mg/L以上，而脱氮率仅31.5％。当Ns为0.13kgBOD/(kgMLSS·d)时平均氨氮去除率为75.34％，最低71.3％，出水氨氮在18mg/L，以下，脱氮率为48.4％。
针对该生活污水C/N比不足以及低温(15.4℃±0.8℃)下系统反硝化速率较低的问题，探讨通过碳源补偿以改善Carrousel氧化沟工艺脱氮性能的优化控制。为了研究低温环境下反硝化细菌对各种碳源的直接反应，利用Carrousel氧化沟系统的活性污泥，以甲醇、乙醇，乙酸钠，丙酸钠、葡萄糖、生活污水及内源物质为碳源，在15.4℃±0.8℃低温状态下展开序批式缺氧反硝化试验。考查不同碳源系统最大比反硝化速率(MSDR)，的变化，其由大到小依次为6.510、3.629、3.261、1.432、1.350、0.909、0.1474mgNOx-N·(gVSS·h)-1，相应的碳源分别为乙酸钠、生活污水、丙酸钠、葡萄糖、乙醇、甲醇、内碳源。研究发现，虽然乙酸钠为碳源时系统的MSDR最高，反硝化效率却最低，只有0.4819，且存在亚硝酸盐积累现象，这是选择乙酸钠为碳源的局限性。丙酸钠为碳源时的反硝化效率是五种单一碳源中最高的，达0.9100，需兼顾反硝化速率和反硝化效率时宜选取丙酸钠作碳源。反硝化菌在极度饥饿的状态下，能利用自身体内的原生物质进行内源反硝化，取得一定的脱氮效果，其反硝化速率最低。
甲醇作为外碳源需要一定的适应时间方可实现令人满意的脱氮效果，而严格控制其投加量可较早实现预期目标。在前置反硝化Carrousel氧化沟及后置反硝化SBR系统中，均研究考察了长期使用甲醇外碳源的过程中生物反硝化性能的变化情况。结果显示，相对后置反硝化SBR工艺系统37天实现稳定(比其他相关文献报道的时间少)，前置反硝化Carrousel氧化沟工艺需要较短的时间适应甲醇碳源(29天)。通过长期投加甲醇驯化后，两系统的脱氮性能均得到强化。SBR工艺反硝化速率由运行之初的0.378mgNOx-N·(gVSS·h)-1提高到2.406mgNOx-N·(gVSS·h)-1，而Carrousel氧化沟工艺反硝化效率由0.082提高到0.123，且脱氮率由原来的50％以下增长到70.3％。此外，用驯化后的污泥进行氮吸收速率(NUR)试验，发现甲醇作碳源的TOC/N适宜范围是1.10～2.68，依此确定的甲醇投加量不仅保证反硝化完全，同时能使反硝化速率达到最大值且不造成碳源浪费。
根据原水水质、工艺运行状况、出水要求等适时调整DO、污泥负荷以及碳源投加，实现其优化控制，可以改善Carrousel氧化沟工艺的脱氮性能，满足更高要求的脱氮效果。