污泥膨脹是活性污泥工藝中常見的一種異常現象，是指活性污泥由於某種因素的改變，沉降性能惡化，污泥隨二沉池出水流失。發生污泥膨脹以後，流失的污泥會使出水SS超標，如不採取控制措施，污泥繼續流失會使曝氣池的微生物量銳減，不能滿足氧化分解污染物質的需要。活性污泥的SVI值在100左右時，其沉降性能最佳。當SVI值超過150時，預示著活性污泥即將或已經為膨脹狀態，應立即採取控制措施。
污泥膨脹總體上可以分為絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹兩大類。絲狀菌膨脹是活性污泥絮體中的絲狀菌過度繁殖而導致的污泥膨脹，非絲狀菌膨脹是指菌膠團的細菌本身生理活動異常，導致的污泥膨脹。
絲狀菌膨脹的成因有哪些？
正常的活性污泥中都含有一定量的絲狀菌，它是形成活性污泥絮體的骨架材料。如果活性污泥中絲狀菌數量太少，則形不成大的絮狀體，沉降性能不好;如果絲狀菌過度繁殖，則形成絲狀菌污泥膨脹。在正常的環境中，菌膠團的生長率遠大於絲狀菌，不會出現絲狀菌過度繁殖的現象。但如果活性污泥環境條件發生不利變化，絲狀菌因其表面積較大，抵抗環境變化能力較強，絲狀菌的數量就有可能異常增多，從而導致絲狀菌污泥膨脹。
引起活性污泥中絲狀菌膨脹的環境條件有：
(1)進水中有機物質太少，曝氣池內F/M低，導致微生物食料不足。
(2)進水中氮、磷等營養物質不足。
(3) pH值偏低，不利於微生物生長。
(4)曝氣池混合液內溶解氧太低，不能滿足微生物需要。
(5)進水水質或水量波動太大，對微生物造成衝擊。
(6)進人曝氣池的污水因「腐化」產生出較多的H2S(超過1-2mg/L)時，還會導致絲狀硫黃菌的過量繁殖，使絲硫黃菌污泥膨脹。
(7)絲狀菌大量繁殖的適宜溫度在25-30℃，因而夏季易發生絲狀菌污泥膨脹。
非絲狀菌膨脹的成因有哪些？
非絲狀菌膨脹是由於菌膠團細菌本身生理活動異常，導致活性污泥沉降性能惡化。可分為兩種。
一種是由於進水中含有大量的溶解性有機物，使污泥負荷F/M太高，而進水中缺乏足夠的氮、磷等營養物質，或者混合液內溶解氧不足。高F/M時，細菌會把大量的有機物質吸入體內，而由於缺乏氮、磷或溶解氧不足，又不能在體內進行正常的分解代謝。此時細菌會向體外分泌出過量的多聚糖類物質。這些物質由於分子式中含很多羥基而具有較強的親水性，使活性污泥的結合水高達400%(正常污泥結合水為100%左右)以上。呈豁性的凝膠狀，使活性污泥在二沉池內無法進行有效的泥水分離及濃縮。這種污泥膨脹稱為非黏性膨脹。
另一種非絲狀菌膨脹是由於進水中含有大量的有毒物質，導致污泥中毒。使細菌不能分泌出足夠的黏性物質，形不成絮體，因此也無法在二沉池進行有效的泥水分離及濃縮。這種污泥膨脹有時又稱為非黏性膨脹或離散性膨脹。