生物脫氮除磷理論的發展是Carrousel氧化溝系統工藝演變的推動力。現代生物脫氮除磷理論認為，污水通過污水處理系統的非曝氣區形成缺氧和厭氧環境，或單獨設立缺氧和厭氧環境，或通過控制充氧量與運行條件而形成硝化/反硝化、除磷的環境，從而達到脫氮除磷的目的。污水生物脫氮工藝中氮的轉化包括氮化過程、同化過程、硝化過程、反硝化過程，而后兩者是最主要的過程，圖4為脫氮原理圖。

在好氧條件下微生物吸收磷會超過其正常的需求量而在厭氧條件下微生物會把吸收的磷釋放掉。聚磷菌是去除磷的微生物的一種，這些微生物利用進水中的揮發酸在厭氧條件下釋放所貯存的磷，當厭氧化區域后緊接一個好氧區域時，微生物可以吸收超過正常水平的磷，通過排泥排除多余的磷而達到除磷的目的。圖5、圖6是生物除磷的原理圖。

根據生物脫氮除磷理論，產生了具有脫氮除磷作用的A/O工藝進而發展到AVO工藝。AVO工藝是在缺氧/好氧工藝前增加設置厭氧區的單級活性污泥脫氮除磷系統。由于厭氧區的設置，可以促進菌膠團的細菌繁殖并抑制絲狀菌在缺氧池和好氧池中繁殖，從而有利于生物脫氮，且厭氧池的設置對生物除磷有很好的效果。

氧化溝本身是屬延時曝氣活性污泥法。所以有機物的降解相當充分。第一代普通Carrousel氧化溝具備了系統內模糊的A-O系統，具有脫氮除磷功能；第二代Carrousel2000氧化溝系統則強化了普通Carrousel氧化溝系統外的脫氮除磷功能；而第三代Carrousel3000氧化溝系統同樣具備強化的脫氮除磷功能，不易污泥膨脹，同時深池同心圓式設計減少了占地面積，降低投資，可彌補低水溫狀態下污染物去除效果的下降。