汙泥膨脹指汙泥結構極度鬆散，體積增大、上浮，難於沉降分離影響出水水質的現象。基本上各種類型的活性汙泥工藝都會發生汙泥膨脹，而且一旦發生難以控制，通常都需要很長的時間來調整。
1、汙泥結構鬆散，質量變輕，沉澱壓縮性能差；
2、SV值增大，有時達到百分之九十，SVI達到300以上;
3、大量汙泥流失，出水渾濁;
4、二次沉澱難以固液分離，回流汙泥濃度低，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法維持生化處理的正常工作。
汙泥膨脹是生化處理系統較為嚴重的異常現象之一，它直接影響出水水質，並危害整個生化系統的運作。
汙泥膨脹的發生率是相當高的，在歐洲近50%的城市汙水廠每年都會有不同程度的汙泥膨脹發生，在中國的發生率也非常高。基本上目前各種類型的活性汙泥工藝都會發生汙泥膨脹。汙泥膨脹不但發生率高，發生普遍，而且一旦發生難以控制，通常都需要很長的時間來調整。針對汙泥膨脹，各方面的理論很多，但並不完全一致，甚至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大的麻煩。
1、非絲狀菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要發生在廢水水溫較低而汙泥負荷太高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，來不及代謝，在胞外積貯大量高粘性的多糖物質，使得表面附著物大量增加，很難沉澱壓縮。而當氮嚴重缺乏時，也有可產生膨脹現象。
因為若缺氮，微生物便於工作不能充分利用碳源合成細胞物質，過量的碳源將被轉化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結合水，從而影響汙泥的沉降性能，產生高粘性的汙泥膨脹。非絲狀菌汙泥膨脹發生時其生化處理效能仍較高，出水也還比較清澈，汙泥鏡檢也看不到絲狀菌。非絲狀菌膨脹發生情況較少，且危害並不十分嚴重。
2、絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日常實際工作中較為常見，成因也十分複雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因素有很多，首先應該認識到的是活性汙泥是一個混合培養系統，其中至少存在著30種可能引起汙泥膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團系統共生的關係中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對淨化汙水起著很好的作用。它對保持汙泥的絮體結構，保持生化處理的淨化效率，及在沉澱中起著對懸浮物的過濾作用等都有很重要的意義。事實也證明在絲狀菌與菌膠團細菌平衡時是不會產生汙泥膨脹，只有當絲狀菌生長超過菌膠團細菌時，才會出現汙泥膨脹現象。
1、A/V假說：當混合液中基質收到限制或控制時，由於比表面積大的絲狀菌獲取基質的能力要強於菌膠團，因而菌膠團受到抑制，絲狀菌大量繁殖；
2、動力選擇性理論：以微生物生長動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的最大比生長速率和飽和常數，分析絲狀菌與菌膠團的競爭情況；
3、飢餓假說：將活性汙泥中微生物分為三類，第一類是菌膠團細菌，第二類是具有高基質親和力但生長緩慢的耐飢餓絲狀菌，第三類是對溶解氧有高親和力、對飢餓高度敏感的快速生長絲狀菌；
4、存儲選擇理論：在底物風度的狀態下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物質在底物匱乏時能夠被代謝產生能量或合成蛋白質。但是一些絲狀菌也具有底物貯存能力，底物貯存能力不能完全用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧化氮假說：CASEY提出低負荷生物脫氮除磷工藝的汙泥膨脹假說，如果缺氧區的反硝化不充分，導致好氧區存在亞硝酸氮，那中間產物NO、N2O就會抑制菌膠團的好氧細胞色素，進而抑制其好氧情況下的基質利用，相反一些絲狀菌只能將硝酸氮還原為亞硝酸氮，因此不會在反硝化條件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌就不會在好氧段被抑制，因而更具競爭優勢。亞硝酸與SVI有一定的正相關性。沉澱性能良好的汙泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹汙泥的粒徑大都在10μm以內，汙泥較為細碎。
1、原水中營養物質含量不足
活性汙泥法處理汙（廢）水的過程，就是汙泥中的微生物種群不斷地吸收、利用水中汙染物，在自身增殖的同時，將汙染物加以降解的過程。隨反應的進行需要多種營養物質保證其正常的新陳代謝活動，並維持生物的動態平衡和活動。若微生物的食物不足，會使低營養型微生物絲硫細菌、貝氏硫細菌過度繁殖，在與菌膠團細菌的競爭中佔優。
2、原水中碳水化合物和可溶性物質含量高
絲狀菌與其它菌種相比有其自身的一些特點，它對高分子物質的水解能力弱，較難吸收不溶性物質。所以，當廢水中含有較多量的可溶性有機物時，有利於底物中絲狀菌的繁殖。此外，廢水中含過多量的糖類碳水化合物時，諸如球衣菌屬的絲狀菌能直接將葡萄糖、乳糖等糖類物質作為能源加以吸收利用，同時分泌出高粘性物質覆蓋在菌膠團細菌表面，從而大大提高了汙泥的水結合率。
3、硫化物含量高
正常的活性汙泥中硫代謝絲狀菌含量不多，若汙水中硫化物含量偏高（這種情況多存在於工業廢水中），容易引起諸如硫化菌、021N型菌、貝氏硫化菌等硫代謝絲狀菌的過量增殖，致使引發汙泥膨脹。
4、進水波動
進水波動是指進入活性汙泥反應器的原水在流量以及有機物濃度、種類方面的改變。如果曝氣池中有機物濃度突然增加，就會因微生物呼吸迅速致使溶解氧含量降低，此時絲狀菌在爭奪氧中佔優，大量繁殖，引起汙泥膨脹。
4、溫度
反應器底物中每種細菌都有自己的最適宜生長溫度，在最適宜生長溫度下，其繁殖旺盛，競爭力強。如果溫度較低，汙水中微生物代謝速度較慢，會積貯起大量高粘性的多糖類物質，使活性汙泥的表面附著水大大增加，SVI值增高，從而可能會引起汙泥膨脹。溫度對絲狀菌的影響也是很普遍的，絲狀菌膨脹對溫度具有敏感性，在其它條件等同的情況下，10℃時產生嚴重的汙泥膨脹現象；將反應器溫度提高到22℃，不再產生汙泥膨脹。這也是大多數活性汙泥在冬季時會產生汙泥膨脹或者汙泥膨脹更加嚴重的原因之一。
5、溶解氧
溶解氧作為構成活性汙泥混合液三要素（氣、水、泥）之一，是許多生物降解反應的必要條件。菌膠團細菌和浮遊球衣菌等絲狀菌對溶解氧需要量差別比較大，菌膠團細菌是好氧菌，而絕大多數絲狀菌是適應性強的微好氧菌。因此，若溶解氧含量不足，菌膠團菌的生長受到抑制，而絲狀菌仍能正常利用有機物，在競爭中佔優。
6、pH值
pH值較低，會導致絲狀真菌的繁殖而引起汙泥膨脹。活性汙泥微生物最適宜的pH值範圍是6.5~8.5；pH值低於6.5時利於真菌生長繁殖；pH值低至4.5時，真菌將完全佔優，活性汙泥絮體遭到破壞，所處理的水質惡化。
7、BOD－汙泥負荷
BOD汙泥負荷是設計活性汙泥反應池和控制其運行的重要指標。
汙泥膨脹的早期控制方法主要是靠外加藥劑（如消毒劑）直接殺死絲狀菌或投加無機或有機混凝劑增加汙泥絮體的密度來改善汙泥絮體的沉降性能。目前此類方法仍運用於某些汙水處理廠。
1、投加Cl2或漂白粉
控制汙泥膨脹採用的傳統氧化劑是Cl2。具有氧化能力的Cl2、HOCl和次氯酸根滲入細胞後，能破壞菌體內的酶系統，導致細胞死亡。絕大程度上說的絲狀菌都可通過加氯氣加以控制。一般投加在回流汙泥中，加氯點的Cl2、濃度應控制在小於35 mg/L，加氯量最適宜控制在10~20 mg/L·d，投加量過大反而會殺死菌膠團菌，造成絮體解體。當SVI值逐漸降低、膨脹不斷緩解時，應逐漸減少投藥量。
2、投加H2O2
雙氧水在控制汙泥絲狀菌膨脹中的應用也相當廣泛。控制絲狀菌的最少投量是0.1 g/kg·d（H2O2/MLSS）時，將會破壞脫磷作用，投加一段時間後（大概10天）脫磷作用會慢慢恢復。H2O2的毒性對脫氮作用只有少量的影響，在檢測中沒有發現氨、氮和硝酸鹽氮有明顯變化。
3、投加臭氧
投加臭氧也可以控制絲狀菌引起的汙泥膨脹，臭氧還能有效地改善硝化作用和提高難降解有機物的去除率，臭氧的投加量在4g/kg·d（H2O2/MLSS）左右，一般投加在好氧區。
4、投加凝聚劑
投加合成的有機聚合物、鐵鹽、鋁鹽等混凝劑均可以通過其凝聚作用來提高汙泥的壓密性增加汙泥的比重；投加高嶺土、碳酸鈣、氫氧化鈣等也可以通過提高汙泥的壓密性來改善汙泥的沉降性能。實踐證明，不設初沉池的汙水廠，其SVI值都比較低，所以設有初沉池的汙水廠發生汙泥膨脹時，將部分汙水直接送到曝氣池也是一種控制汙泥膨脹的方法。
5、回流汙泥
此法主要應用在脫氮除磷工藝中，將二沉池排出的回流汙泥排入一單獨設置的曝氣池內進行曝氣，將微生物體內貯存物質氧化，從而使菌膠團細菌具有最大吸附和貯存能力，使汙泥得到充分再生並恢復活性，所以可以在與絲狀菌的競爭中獲得優勢，抑制絲狀菌的過量繁殖。
當汙泥膨脹發生時，採用上述方法能較快地降低SVI值，但是沒有從根本上控制住絲狀菌的繁殖。一旦停止加藥，汙泥膨脹可能又會出現。加藥改變了微生物的生長環境，無疑會對汙水處理廠的穩定運行產生負面影響，因此只能作為臨時應急只用。
1、一般認為懸浮固體少而溶解性和易降解的有機物較多，特別是含低分子量的烴類、糖類和有機酸等容易發生絲狀菌膨脹，例如啤酒、食品、乳品、造紙廢水；
絲狀菌對高分子物質的水解能力弱，較難吸收不溶性物質，對低分子有機物可直接作為能源加以利用，最有代表性的絲狀菌是球衣菌屬，它能將葡萄糖、蔗糖、乳糖等糖類物質直接利用，當廢水中含有可溶性有機物多時，易誘髮絲狀菌膨脹，而不溶性有機物作為去除對象的廢水則不易產生汙泥膨脹。
Van等發現葡萄糖、乙酸鹽這些低分子可溶性有機物容易引起汙泥膨脹，而大分子澱粉不易引起汙泥膨脹。
2、腐化的汙水，還有大量硫化氫的汙水，汙水在下水管和初沉池等貯存設施中，停留時間過長，發生早起消化，使pH下降，產生利於絲狀菌攝取的低分子溶解性有機物和硫化氫，引起硫代謝絲狀菌。但是硫化氫大部分是厭氧發酵中的副產物，而厭氧發酵會產生大量小分子有機酸，這些是汙泥膨脹的主要原因。
3、一些厭氧裝置雖然出水含有大量硫化氫，但是揮發性有機酸濃度很低時也不會發生汙泥膨脹，當揮發性有機酸達到一定濃度時，其中主要的低分子有機酸（乙酸、丙酸）易於降解，因此造成耗氧速率的增加，引起DO限制膨脹。