廢水生物處理是利用有關(guān)微生物的代謝過程，是對廢水中有機物進行降解或轉(zhuǎn)化的過程。微生物在降解有機物的同時其本身也得到了增殖。

　　污泥膨脹有兩種類型，一是由于活性污泥中大量絲狀菌的繁殖而引起的污泥絲狀菌膨脹，二是由于菌膠團細菌體內(nèi)大量累積高粘性物質(zhì)（如葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖和脫氧核糖等形成的多類糖）而引起的非絲狀菌性膨脹。

　　污泥絲狀菌膨脹可根據(jù)絲狀微生物對環(huán)境條件和基質(zhì)種類要求的不同而劃分為五類類型：

　�。�1）低基質(zhì)濃度型；

　　（2）低溶解氧濃度型；

　�。�3）營養(yǎng)缺乏型；

　�。�4）高硫化物型；

　�。�5）pH不平衡型。在實際運行中，一般以污泥絲狀菌膨脹為主，占90%以上。

　　發(fā)生污泥膨脹時，主要有以下特征：

　�。�1）二沉池中污泥的SVI值大于200ml/g;

　�。�2）回流污泥濃度下降；

　�。�3）二沉池中污泥層增高。

　　一、污泥膨脹相關(guān)理論

　　1、A/V假說：當混合液中基質(zhì)收到限制或控制時，由于比表面積大的絲狀菌獲取基質(zhì)的能力要強于菌膠團，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(chǔ)，根據(jù)不同種類微生物具有不同的最大比生長速率和飽和常數(shù)，分析絲狀菌與菌膠團的競爭情況。

　　3、饑餓假說：將活性污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(zhì)親和力但生長緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對溶解氧有高親和力、對饑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(tài)下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物質(zhì)在底物匱乏時能夠被代謝產(chǎn)生能量或合成蛋白質(zhì)。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污泥膨脹機理。

　　5、氮氧化氮假說：CASEY提出低負荷生物脫氮除磷工藝的污泥膨脹假說，如果缺氧區(qū)的反硝化不充分，導致好氧區(qū)存在亞硝酸氮，那中間產(chǎn)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(zhì)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(nèi)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(yōu)勢。

　　亞硝酸與SVI有一定的正相關(guān)性。沉淀性能良好的污泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹污泥的粒徑大都在10μm以內(nèi)，污泥較為細碎。

　　二、影響污泥膨脹的因子

　　1、溫度

　　低溫有利于絲狀菌生長，Daigger等人發(fā)現(xiàn)10℃容易導致絲狀菌性污泥膨脹，而污水溫度提高到22℃則不容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象。

　　2、pH

　　活性污泥微生物適宜pH范圍為6.5～8.5，pH小于6時，菌膠團活性減弱，生長受到抑制，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團成為優(yōu)勢種群，污泥的沉降性能明顯變差并發(fā)生污泥膨脹。pH值低于4.5時，真菌完全占優(yōu)勢。

　　3、DO

　　低DO是引起絲狀菌污泥膨脹的主要原因之一，若DO成為限制因子，菌膠團生長受抑制，而絲狀菌因具有巨大的比表面積，更易獲得溶解氧進行生長繁殖，在競爭中處于優(yōu)勢地位。

　　具有低Ks的絲狀菌在低基質(zhì)濃度下，具有比菌膠團高的比生長速率，這可以解釋基質(zhì)限制、溶解氧限制和營養(yǎng)物質(zhì)限制引起的污泥膨脹現(xiàn)象。只要溶解氧成為限制，任何負荷下都會發(fā)生污泥膨脹。污水處理中DO控制在2左右，太高太低都容易引起污泥膨脹。

　　4、F/M

　　低負荷情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對碳源有較強的親和力，優(yōu)先利用碳源，造成競爭優(yōu)勢。

　　低F/M經(jīng)常出現(xiàn)在完全混合式曝氣池、大回流比的氧化溝（如卡魯薩爾氧化溝）、沿程分散進水曝氣池中；低負荷容易引發(fā)絲狀菌污泥膨脹，高負荷容易引發(fā)污泥粘性膨脹。負荷分布不均，好氧區(qū)一直處于低負荷運行狀態(tài)易造成絲狀菌大量增殖。

　　Li等人對膜生物反應(yīng)器內(nèi)污泥負荷參數(shù)的影響研究表明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發(fā)污泥膨脹；Pan和Su等人將污水通過好氧選擇器進入膜生物反應(yīng)器，將F/M調(diào)整到0.4kg/kgd，有效的控制了污泥膨脹；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器，加強反硝化除磷作用，有效解決了污泥膨脹。

　　高有機負荷下，反應(yīng)器內(nèi)底物充裕，在這種情況中菌膠團比絲狀菌具有更強的吸附與存貯營養(yǎng)物質(zhì)的能力，能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長速率，抑制了絲狀菌的生長。

　　但是如果DO濃度不夠，在0.5mg/L以下，菌膠團在低溶氧的條件下增殖受到抑制，而絲狀菌由于其具有更大的比表面積，即使在低溶氧的條件下也能獲得氧，其增殖速率明顯高于菌膠團，發(fā)生高負荷低DO下的污泥膨脹；低負荷下由于長時間缺少足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，菌膠團生長受到抑制，而絲狀菌具有較大的比表面積，其菌絲會從菌膠團中伸展出來以增加其攝取營養(yǎng)的表面積。

　　由于研究者的研究背景和研究條件不盡相同，研究結(jié)果也很不一致尤其是關(guān)于有機負荷與污泥膨脹關(guān)系的說法也比較混亂。高低有機負荷都可能引起污泥膨脹，F(xiàn)ord和Eckenfeilder等人發(fā)現(xiàn)高低負荷下都可能發(fā)生污泥膨脹，Palm等人認為根據(jù)負荷不同，在任何DO濃度條件下都可能發(fā)生膨脹，Chudoba等人認為即使對于推流式曝氣池，雖然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在高負荷下也會發(fā)生污泥膨脹。