生物脱氮除磷理论的发展是Carrousel氧化沟系统工艺演变的推动力。现代生物脱氮除磷理论认为，污水通过污水处理系统的非曝气区形成缺氧和厌氧环境，或单独设立缺氧和厌氧环境，或通过控制充氧量与运行条件而形成硝化/反硝化、除磷的环境，从而达到脱氮除磷的目的。污水生物脱氮工艺中氮的转化包括氮化过程、同化过程、硝化过程、反硝化过程，而后两者是最主要的过程，图4为脱氮原理图。
在好氧条件下微生物吸收磷会超过其正常的需求量而在厌氧条件下微生物会把吸收的磷释放掉。聚磷菌是去除磷的微生物的一种，这些微生物利用进水中的挥发酸在厌氧条件下释放所贮存的磷，当厌氧化区域后紧接一个好氧区域时，微生物可以吸收超过正常水平的磷，通过排泥排除多余的磷而达到除磷的目的。图5、图6是生物除磷的原理图。
根据生物脱氮除磷理论，产生了具有脱氮除磷作用的A/O工艺进而发展到AVO工艺。AVO工艺是在缺氧/好氧工艺前增加设置厌氧区的单级活性污泥脱氮除磷系统。由于厌氧区的设置，可以促进菌胶团的细菌繁殖并抑制丝状菌在缺氧池和好氧池中繁殖，从而有利于生物脱氮，且厌氧池的设置对生物除磷有很好的效果。
氧化沟本身是属延时曝气活性污泥法。所以有机物的降解相当充分。第一代普通Carrousel氧化沟具备了系统内模糊的A-O系统，具有脱氮除磷功能；第二代Carrousel2000氧化沟系统则强化了普通Carrousel氧化沟系统外的脱氮除磷功能；而第三代Carrousel3000氧化沟系统同样具备强化的脱氮除磷功能，不易污泥膨胀，同时深池同心圆式设计减少了占地面积，降低投资，可弥补低水温状态下污染物去除效果的下降。
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