活性污泥法的关键技术是活性污泥沉降性能的好坏，它直接影响了出水水质，而污泥膨胀是恶化处理水质的重要原因。其表观现象是活性污泥絮凝体的结构与正常絮凝体相比要松散一些，体积膨胀，含水率上升，不利于污泥底物对污水中营养物质的吸收降解，并且影响后续工序的沉淀效果。
一般从以下三个方面定义污泥膨胀：沉降性能差，区域沉降速度小；污泥松散，不密实，污泥指数较大；由丝状菌引起的污泥膨胀中，丝状菌总长度大于1×104 m/g。
1. 污泥膨胀的分类
污泥膨胀分为丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀两类。其中90%是由丝状菌引起的，只有10%左右是由非丝状菌引起的。活性污泥系统中的生物处于动态平衡之中，理想的絮凝体沉淀性能好，丝状菌和菌胶团细菌之间相互竞争，相互依存，絮体中存在的丝状菌有利于保护絮体已经形成的结构并能增加其强度。但是在污泥膨胀诱因的诱发下，丝状菌在和菌胶团的竞争中占优，大量的丝状菌伸出絮凝体，破坏其稳定性。
可辨识的污泥膨胀絮体有两种类型：第一类是长丝状菌从絮体中伸出，此类丝状菌将各个絮体连接，形成丝状菌和絮体网；第二类具有更开放的结构，细菌沿丝状菌凝聚，形成细长的絮体。
2. 丝状菌污泥膨胀的原因
（1）原水中营养物质含量不足。
活性污泥法处理污（废）水的过程，就是污泥中的微生物种群不断地吸收、利用水中污染物，在自身增殖的同时，将污染物加以降解的过程。随反应的进行需要多种营养物质保证其正常的新陈代谢活动，并维持生物的动态平衡和活动。若微生物的食物不足，会使低营养型微生物丝硫细菌、贝氏硫细菌过度繁殖，在与菌胶团细菌的竞争中占优。
（2）原水中碳水化合物和可溶性物质含量高。
丝状菌与其它菌种相比有其自身的一些特点，它对高分子物质的水解能力弱，较难吸收不溶性物质。所以，当废水中含有较多量的可溶性有机物时，有利于底物中丝状菌的繁殖。此外，废水中含过多量的糖类碳水化合物时，诸如球衣菌属的丝状菌能直接将葡萄糖、乳糖等糖类物质作为能源加以吸收利用，同时分泌出高粘性物质覆盖在菌胶团细菌表面，从而大大提高了污泥的水结合率。
（3）硫化物含量高
正常的活性污泥中硫代谢丝状菌含量不多，若污水中硫化物含量偏高（这种情况多存在于工业废水中），容易引起诸如硫化菌、021N型菌、贝氏硫化菌等硫代谢丝状菌的过量增殖，致使引发污泥膨胀。
（4）进水波动
进水波动是指进入活性污泥反应器的原水在流量以及有机物浓度、种类方面的改变。如果曝气池中有机物浓度突然增加，就会因微生物呼吸迅速致使溶解氧含量降低，此时丝状菌在争夺氧中占优，大量繁殖，引起污泥膨胀。
（4）温度
反应器底物中每种细菌都有自己的最适宜生长温度，在最适宜生长温度下，其繁殖旺盛，竞争力强。如果温度较低，污水中微生物代谢速度较慢，会积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值增高，从而可能会引起污泥膨胀。温度对丝状菌的影响也是很普遍的，丝状菌膨胀对温度具有敏感性，在其它条件等同的情况下，10℃时产生严重的污泥膨胀现象；将反应器温度提高到22℃，不再产生污泥膨胀。这也是大多数活性污泥在冬季时会产生污泥膨胀或者污泥膨胀更加严重的原因之一。
（5）溶解氧
溶解氧作为构成活性污泥混合液三要素（气、水、泥）之一，是许多生物降解反应的必要条件。菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧需要量差别比较大，菌胶团细菌是好氧菌，而绝大多数丝状菌是适应性强的微好氧菌。因此，若溶解氧含量不足，菌胶团菌的生长受到抑制，而丝状菌仍能正常利用有机物，在竞争中占优。
（6）pH值
pH值较低，会导致丝状真菌的繁殖而引起污泥膨胀。活性污泥微生物最适宜的pH值范围是6.5~8.5；pH值低于6.5时利于真菌生长繁殖；pH值低至4.5时，真菌将完全占优，活性污泥絮体遭到破坏，所处理的水质恶化。
（7）BOD－污泥负荷
BOD污泥负荷是设计活性污泥反应池和控制其运行的重要指标。
3. 丝状菌引起污泥膨胀的控制方法
污泥膨胀的早期控制方法主要是靠外加药剂（如消毒剂）直接杀死丝状菌或投加无机或有机混凝剂增加污泥絮体的密度来改善污泥絮体的沉降性能。目前此类方法仍运用于某些污水处理厂。
（1）投加Cl2或漂白粉
控制污泥膨胀采用的传统氧化剂是Cl2。具有氧化能力的Cl2、HOCl和次氯酸根渗入细胞后，能破坏菌体内的酶系统，导致细胞死亡。绝大程度上说的丝状菌都可通过加氯气加以控制。一般投加在回流污泥中，加氯点的Cl2、浓度应控制在小于35 mg/L，加氯量最适宜控制在10~20 mg/L·d，投加量过大反而会杀死菌胶团菌，造成絮体解体。当SVI值逐渐降低、膨胀不断缓解时，应逐渐减少投药量。
（2）投加H2O2
双氧水在控制污泥丝状菌膨胀中的应用也相当广泛。控制丝状菌的最少投量是0.1 g/kg·d（H2O2/MLSS）时，将会破坏脱磷作用，投加一段时间后（大概10天）脱磷作用会慢慢恢复。H2O2的毒性对脱氮作用只有少量的影响，在检测中没有发现氨、氮和硝酸盐氮有明显变化。
（3）投加臭氧
投加臭氧也可以控制丝状菌引起的污泥膨胀，臭氧还能有效地改善硝化作用和提高难降解有机物的去除率，臭氧的投加量在4g/kg·d（H2O2/MLSS）左右，一般投加在好氧区。
（4）投加凝聚剂
投加合成的有机聚合物、铁盐、铝盐等混凝剂均可以通过其凝聚作用来提高污泥的压密性增加污泥的比重；投加高岭土、碳酸钙、氢氧化钙等也可以通过提高污泥的压密性来改善污泥的沉降性能。实践证明，不设初沉池的污水厂，其SVI值都比较低，所以设有初沉池的污水厂发生污泥膨胀时，将部分污水直接送到曝气池也是一种控制污泥膨胀的方法。
（5）回流污泥
此法主要应用在脱氮除磷工艺中，将二沉池排出的回流污泥排入一单独设置的曝气池内进行曝气，将微生物体内贮存物质氧化，从而使菌胶团细菌具有最大吸附和贮存能力，使污泥得到充分再生并恢复活性，所以可以在与丝状菌的竞争中获得优势，抑制丝状菌的过量繁殖。
当污泥膨胀发生时，采用上述方法能较快地降低SVI值，但是没有从根本上控制住丝状菌的繁殖。一旦停止加药，污泥膨胀可能又会出现。加药改变了微生物的生长环境，无疑会对污水处理厂的稳定运行产生负面影响，因此只能作为临时应急只用。
