污泥中的有毒有害物质主要是指重金属和有机污染物，目前国内对于污泥中重金属的监测分析较为完善，而关于有机污染物的分析数据较少。
工业废水是污泥中汞、镉、铬等重金属元素的主要来源;家庭生活的管道系统也是铜、锌等一些重金属元素的来源之一。在污水处理过程中，70%～90%的重金属元素通过吸附或沉淀转移到污泥中。当污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层，通过食物链，在植物、动物以及人类体内富集，对人体健康和生物种群安全产生深远影响，成为限制污泥土地利用的重要因素。
工业废水重金属元素在污泥中的存在形态不同，其产生的生物有效性亦有所不同。国外根据重金属结合的组分，将重金属在污泥中的存在形态分为五类，分别为可交换态，碳酸盐结合态，铁、锰氧化物结合态，有机质结合态和残渣态，此为五态分类法。
污泥中常见的微量有机污染物主要有多环芳经(PAHs)、氯苯类化合物（CBs)、氯酚(CPs)、多氯联苯(PCBs)、多氯代二苯并二嗯英/味喃（PCDD/Fs)、可吸附有机卤化物(AOX)、直链烷基苯磺酸盐（LAS)、壬基酚（NP)、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯(DEHP)、邻苯二甲酸酯类（PAEs)等。此外，城市污泥中还含有烷基酚、有机氯农药、硝基苯类、氨类、卤代经类、醚类等化合物。这些有机污染物绝大部分具有生物放大效应，并有“致癌、致畸形、致突变”的危害。
有机污染物含量较高的城市污泥如果进入土壤会给周边环境带来污染。污泥中的有机污染物因污水处理厂污水来源的不同而不同，同一污水处理厂在不同时期产生的污泥，其中有机污染物的种类和含量也有较大差别。目前我国对城镇污水处理厂污泥的研究主要集中在对污泥中重金属、病原菌防控和治理方面，其中的微量有机污染物由于对综合指标贡献较小而较少引起人们的
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