对目前普遍采用的城市污水二级处理工艺一活性污泥法（包括其各种变形工艺）而言，进厂污水中的部分污染物是通过转化为污泥去除的。因此，城市污水厂污泥中含有覆盖面很广的各类污染物质，其中包括各种重金属、微量的高毒性有机物（PCBs、AOX等）、大量的各种致病微生物（致病细菌、病毒体、寄生虫卵、有害昆虫卵等），以及一般的耗氧性有机物和植物养分（N、P、K）等。
城市污水厂污泥排入水体，将使上述污染物质以扩散、传递与转化的方式进入整个区域水系，事实上使得耗资巨大的污水处理工程失去应有的环境保护作用（70%以上在污水厂去除的污水中的污染物仅仅是换一种形式或位置进入水环境中）。所谓的城市污水厂污泥直接农用，尽管可能使城市污水厂污泥中一定量的植物养分被植物所利用，但其他的污染物却可能借此进入食物链威胁人类的食品安全，以及渗入该生态体系的地下水体，引起难以控制的污染传播问题。城市污水厂污泥的集中堆置，不仅将严重影响堆置地附近的环境卫生状况（臭气、有害昆虫、含致病生物密度大的空气等），也可能使污染物由表面径流夹带和向地下径流的渗透引起更大范围的水体污染问题。城市污水厂污泥的陆上堆置和水体排放还会造成侵占陆上土地空间，导致水体过度（加速）淤积等环境生态问题。
目前，适合城市污水厂污泥的处理方式是污泥水解碳化装置，利用污泥回转式干馏炉，可直接处理城市污水厂污泥。
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