废水生物处理是利用有关微生物的代谢过程,是对废水中有机物进行降解或转化的过程。微生物在降解有机物的同时其本身也得到了增殖。
污泥膨胀有两种类型，一是由于活性污泥中大量丝状菌的繁殖而引起的污泥丝状菌膨胀，二是由于菌胶团细菌体内大量累积高粘性物质（如葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖和脱氧核糖等形成的多类糖）而引起的非丝状菌性膨胀。
污泥丝状菌膨胀可根据丝状微生物对环境条件和基质种类要求的不同而划分为五类类型：
（1）低基质浓度型；
（2）低溶解氧浓度型；
（3）营养缺乏型；
（4）高硫化物型；
（5）pH不平衡型。在实际运行中，一般以污泥丝状菌膨胀为主，占90%以上。
发生污泥膨胀时，主要有以下特征：
（1）二沉池中污泥的SVI值大于200ml/g；
（2）回流污泥浓度下降；
（3）二沉池中污泥层增高。
污泥膨胀相关理论
1、A/V假说：当混合液中基质收到限制或控制时，由于比表面积大的丝状菌获取基质的能力要强于菌胶团，因而菌胶团受到抑制，丝状菌大量繁殖。
2、动力选择性理论：以微生物生长动力学为基础，根据不同种类微生物具有不同的最大比生长速率和饱和常数，分析丝状菌与菌胶团的竞争情况。
3、饥饿假说：将活性污泥中微生物分为三类，第一类是菌胶团细菌，第二类是具有高基质亲和力但生长缓慢的耐饥饿丝状菌，第三类是对溶解氧有高亲和力、对饥饿高度敏感的快速生长丝状菌。
4、存储选择理论：在底物风度的状态下，非丝状菌具有贮存底物的能力，而被贮存物质在底物匮乏时能够被代谢产生能量或合成蛋白质。但是一些丝状菌也具有底物贮存能力，底物贮存能力不能完全用来解释污泥膨胀机理。
5、氮氧化氮假说：CASEY提出低负荷生物脱氮除磷工艺的污泥膨胀假说，如果缺氧区的反硝化不充分，导致好氧区存在亚硝酸氮，那中间产物NO、N2O就会抑制菌胶团的好氧细胞色素，进而抑制其好氧情况下的基质利用，相反一些丝状菌只能将硝酸氮还原为亚硝酸氮，因此不会在反硝化条件下胞内积累NO和N2O，丝状菌就不会在好氧段被抑制，因而更具竞争优势。
亚硝酸与SVI有一定的正相关性。沉淀性能良好的污泥粒径分布较广，且以球菌为主，膨胀污泥的粒径大都在10μm以内，污泥较为细碎。
污泥膨胀解决办法
1、应急措施：
（1）增加絮凝剂，如投加硅藻土、粘土、厌氧污泥、金属盐类、混凝剂，如投加铁盐（氯化亚铁5~50 mg/L）、铝盐（矾土10~100 mg/L）。
（2）采用消毒氧化剂，如采用回流污泥加氯措施，投加量一般为2~10kg Cl2/1000kg干污泥，既可控制曝气池污泥膨胀也可对二级处理出水消毒，同时使控制污泥膨胀所需要的加氯量最少。
铜离子浓度在0.75mg/L时或食盐浓度为4g/L时对抑制丝状菌污泥膨胀效果良好。但是此法治标不治本。
2、改变工艺
（1）设置选择器，选择器是曝气池之前或前段设定的高有机负荷区（接触区），为菌胶团细菌提供高浓度的可吸收的溶解底物，以提高其摄取和贮存能力，使其在与丝状菌的竞争中处于优势。
（2）此外改变反应器形式，如将完全混合曝气池改为推流式曝气池，连续进水改为间歇进水。丝状菌几乎都不能在完全无分子氧的环境中吸收底物，这使得通过脱氮和除磷过程而利用底物的功能菌迅速增殖，所以A/O和A/A/O系统能有效控制丝状菌污泥膨胀。
在A2/O工艺中，厌氧、缺氧区不利于丝状菌增殖，如果在好氧段能旁流一部分进水提供碳源，则丝状菌在整个系统中都处于不利状况。
（3）工艺运行调控：由于污水腐化产生的膨胀，可以对消化污水预曝气，沉淀池中污泥应及时刮除；N、P缺乏的污水，可及时投加尿素、铵盐、化肥或与生活污水混合，使BOD5:N=100:5:1左右；缺氮时可从污泥消化池往曝气池投加高含氮污泥上清液；低溶解氧可以增加供氧，采用表面转刷曝气的氧化沟，欲提高DO，可通过提高出水堰的高度，以提高转刷的吃水深度的方法，强化转刷的曝气能力；
低负荷导致的污泥膨胀，可以适当提高F/M；高负荷污泥膨胀，可射流曝气剪切丝状菌，射流高的传质效率提供充足的溶解氧。增加水力剪切力：通过曝气时产生的强水力剪切作用使蓬松污泥自聚、密实，同时使絮团表面不稳定的丝状菌脱落。
（4）在完全混合曝气池中负荷0.1~0.5 kgBOD5/(kgMLSS•d)都发生膨胀，而推流式中污泥负荷大于0.5 kgBOD5/(kgMLSS•d)才发生膨胀，而间歇式反应器内没有发现膨胀现象；变化的水力负荷造成SVI上升，具体分析为高负荷、低溶解氧刺激了丝状菌的生长，且丝状菌生长的不可逆性，造成污泥膨胀，特别是当有机物浓度剧增时极易引起污泥膨胀；污泥有机负荷为0.5kg/kg•d，并且DO在2mg/L时，可以有效的控制丝状菌的生长。
（5）低负荷引起污泥膨胀的恢复：加大污泥负荷，利用在高底物浓度的环境条件下，菌胶团的贮存能力与最大比生长速率均比丝状菌的高这一特点，在反应器中创造出有利于菌胶团生长繁殖的生态环境，使其取代丝状菌逐渐成为污泥中的优势菌种，从而使发生膨胀的污泥逐渐恢复正常。
（6）增大污泥回流量有利于提高菌胶团细菌摄取有机物的能力并且增大与丝状菌的竞争力度，抑制丝状菌的膨胀。丝状菌的生长速率小于非丝状菌，长SRT有利于丝状菌的生长，因而增加排泥量，可以有效排除池内过多丝状菌。并且长泥龄情况下，发生污泥老化，老化的污泥活性不够，竞争不过丝状菌，会使丝状菌在竞争中处于优势地位。
3、污泥膨胀自然消除的原因：污泥膨胀导致污泥的大量流失，使MLSS浓度降低，其结果是在其它条件不变时，有机负荷提高，DO上升，OUR减小，这都有利于抑制丝状菌的增殖。
