在污泥处理初期，由于不需要花费大量能源且方法简单，人们常常将污泥直接排放到河流、湖泊和海洋中，这样不仅污染海洋，还会引起全球环境问题，如美国纽约市曾每年向海区投放120×104m3未经消化的污泥，因此造成了感官性污染，海底重金属浓度提高100～200倍，原因就是投海区没有激烈潮流，污泥不能迅速扩散与稀释。现在此方法已受到限制，美国从1991年起禁止将污泥排入大海。1998年欧盟也做了类似的规定。将污泥弃置于水体，会严重危害水生生物的生存条件，使水体直接受到污染，并影响水资源的充分利用。污泥经水体浸泡、溶解，污染物伴随污水流入河道，会污染地表水，并进入地下水。
对地下水的影响
污泥中含有大量的氮、磷、有机质等营养元素，因此当污泥施用于土壤中时，氮磷元素的含量会随着污泥施用量的增大而增加。污泥中的无机及有机氮素与土壤胶体间发生各种物理、化学和生物等综合作用，一部分氮素形成氮气、二氧化氮而逸散到大气中，从而污染大气；另一部分经硝化作用而形成硝态氮随水在土壤中移动从而污染地下水。
硝态氮不易被土壤胶体所吸附，且易溶于水，在土壤中随水迁移，因而判断污泥中的氮素是否留失而污染地下水，主要是以硝态氮作为指标。硝态氮迁移有诸多影响因素，如排水量、田间持水量、污泥施入浓度、降雨量等。对于硝态氮在土壤中的行为及污泥氮负荷，由于土壤表层的氧气条件、吸附能力、微生物的活动等均优于底层，因此，土壤表层是含氮化合物迁移、转化较活跃的层次。
对地表水的影响
大量施用污泥在降雨量较大且土质疏松的土地上，当有机物分解速度大于植物对氮、磷的吸收速度时，就很可能引起氮、磷随水流失，进入湖泊、水库等缓流水体，造成地表水体的富营养化。水体的富营养化，将促进各类水生生物（主要是藻类）的活性，刺激他们异常繁殖，从而造成鱼类死亡，水质恶化等危害。另外，水体富营养化将大大促进湖泊由贫营养湖发展为富营养湖，进一步发展为沼泽地。
