提高Carrousel氧化沟的脱氮性能具有重要意义。Carrousel氧化沟具有多圈循环、大内回流比等特点,具备较好的同步硝化反硝化的发生条件。本研究通过现场试验、小试和中试试验,对氧化沟单沟系统的脱氮优化条件进行了系统研究,并运用计算流体力学与生物反应动力学相结合的模拟方法,研究了进水负荷动态变化条件下提高氧化沟单沟脱氮性能的优化运行策略及控制方法。通过Carrousel氧化沟现场试验和氧化沟流态小试试验,实现对氧化沟沟道系统各特征参数分布规律的精细研究,获得了沟道内溶解氧、污泥浓度以及流速等参数的分布特征以及不同控制条件对沟内参数分布的影响,沟内溶解氧浓度的梯度分布是同步硝化反硝化过程发生的关键控制条件。通过氧化沟小试和中试试验,系统研究了单沟实现同步硝化反硝化过程的优化条件,获得了不同进水条件下实现最佳脱氮效果的控制条件,采用缺氧段双点进水的运行方式,试验条件下进水碳氮比为5~6即可实现总氮70%以上的去除,氧化沟水力条件满足好氧缺氧交替变换时间间隔为10min左右时反应效率最高,活性污泥絮体粒径越大越有利于同步硝化反硝化过程发生。运用分子生物学分析方法(FISH和T-RFLP)对试验条件下的氧化沟菌群特征进行研究,T-RFLP结果表明氧化沟中试系统内优势菌种以与其它工艺相近的常规菌种为主,菌群种类特征主要受进水水质条件影响,工艺类型的差别影响不大,而不同工艺类型对优势菌种的比例会有所影响;FISH的试验结果表明进水水质的日变化对氧化沟的种群比例影响不大,运行效果的差异主要由组分变化对微生物活性产生的影响所致。运用生物反应动力学与计算流体力学相结合的方法,针对进水动态变化,建立以污泥负荷和曝气量为控制对象,以溶解氧为主要控制参数的离散化动态控制模型,实现离散化的动态控制,并在中试系统中得到成功验证,优化了单沟脱氮效果,出水氨氮和总氮可以全天稳定达到GB18918-2002一级B的要求。