Das stationäre Wirbelschichtverfahren ist das am häufigsten eingesetzte Verfahren bei der thermischen Klärschlammbehandlung.

Hierbei befindet sich ein Boden mit Düsen am unteren Ende des Brennraums, über welche Luft/Gas eingedüst wird und durch den das im Brennraum befindliche inerte Bettmaterial (z. B. Sand) und der z.B. mit einem Wurfbeschicker zugeführte zerkleinerte Brennstoff (z. B. teilgetrockneter Klärschlamm) in einem Wirbelbett fluidisiert und verbrannt wird. Aufgrund der Durchströmung und der hohen Oberfläche des Brennstoffs wird ein guter Wärmeaustausch mit gleichmäßig verteilter Temperatur erreicht.

Auch wenn die Rostfeuerung bspw. bei Müllverbrennungsanlagen verbreiteter ist, kann diese auch in Klärschlammverbrennungsanlagen Anwendung finden. Erfolgreich betrieben wird diese Feuerungsart z. B. in Bayern am Standort Altenstadt. Hierbei wird vorgetrockneter Klärschlamm auf einem Rost verbrannt, am Ende des Rosts erfolgt ein Ascheaustrag.

Auch Drehrohröfen sind grundsätzlich bei der thermischen Behandlung von Klärschlamm denkbar, auch wenn diese eher im Bereich der Behandlung von Sonderabfällen oder bei Zementwerken Anwendung finden. Hierbei findet die Verbrennung in einem langsam rotierenden Rohr statt, wobei eine direkte (Brenner im Rohr) oder indirekte Beheizung (Wärmeübertragung von außen) möglich ist. Durch die leicht geneigte Ofenachse und die Drehbewegung wird der Brennstoff im Ofen langsam transportiert.

Eine Erweiterung dieses Verfahrens sieht z. B. das EUPHORE-Verfahren vor, hierbei werden zusätzliche Additive im Prozess zugegeben, um zusätzlich eine Schwermetallentfrachtung umzusetzen.

Bei der Staubfeuerung wird fester, gemahlener Brennstoff mittels pneumatischer Zuführung in einem Brennraum geblasen und verbrannt. Dieses Verfahren findet z. B. mit Braunkohlestaub statt, kann aber auch für Klärschlamm zum Einsatz kommen. So wird im RePhor-Projekt DreiSats eine Staubfeuerung für Klärschlamm genauer betrachtet und untersucht werden.

Auch weitere, alternative thermische Verfahren sind für die thermische Klärschlammbehandlung denkbar. Hierbei ist aber zu beachten, dass am Ende von Verfahren mit nicht vollständiger Verbrennung (die Luftzahl λ liegt hier unter 1, d.h. es wird weniger Sauerstoff zugeführt als stöchiometrisch für eine vollständige Verbrennung benötigt würde) keine Klärschlammasche, sondern ein "kohlenstoffhaltiger Rückstand" anfällt.

Während Klärschlammasche grundsätzlich gemäß Düngemittelverordnung als (Ausgangsstoff für) Düngemittel zulässig ist, ist dies bei kohlenstoffhaltigem Rückstand nicht der Fall. Daher sind diese Verfahren vorwiegend für Klärschlämme geeignet, die keiner Phosphorrückgewinnung unterliegen oder bei denen vorab eine Rückgewinnung aus der Schlammphase erfolgt ist.

Pyrolyse

• thermochemisches Verfahren unter Sauerstoffausschluss (d. h. Luftzahl λ=0) und bei hohen Temperaturen
• Spezialverfahren sind z.B. das thermokatalytische Reforming (TCR) und das Pyreg-Verfahren
• es entstehen ein Synthesegas, Pyrolyseöl und als Rückstand ein Klärschlammkarbonisat

hydrothermale Karbonisierung

• i.d.R. bei (im Vergleich zur Pyrolyse) niedrigeren Temperaturen (um 200°C) und unter hohem Druck
• eingesetzt wird hier tendenziell eher feuchte Biomasse, bei Klärschlamm also Nassschlamm
• es entstehen Abgase, Abwasser (das v.a. durch teilweise schwer abbaubere Kohlenstoffverbindungen charakterisiert ist) und ein Klärschlammkarbonisat
• als problematisch sind hier v.a. die Prozessabwässer zu sehen, bei denen aufgrund des schwer abbaubaren CSB-Anteils und hohen Stickstoffgehalts eine Rückführung in die Kläranlage tendenziell eher nicht angeraten ist

Vergasung

• thermochemische Umwandlung von Feststoffen in ein (brennbares) Gas
• Verfahren mit Luftunterschuss (0 < λ < 1)