污泥焚烧(热分解)是指在高温(500～1000℃)下，污泥固形物在无氧气或者低氧气氛中分解成气体、焦油以及灰等残渣这3部分的过程。污泥焚烧的处理对象主要是脱水泥饼，脱水泥饼含水率仍达45%～86%，含水率高，体积大，可将其进行干燥处理或焚烧。干燥处理后，污泥含水率可降至20%～40%。焚烧处理，含水率可降至0，体积很小，便于运输与处置。
污泥焚烧的初期研究是1959年美国的诺亚克(Noack)、1960年施莱辛格(Schlesinger)等人在彼得堡能源中心(Pittsburg Energy Center)开始的，其共同的特点是以回收能源为目的。脱水污泥(水分65%～85%，其固体热值为7500～15000kJ/kg)的热值低，因此，焚烧过程中必须添加辅助燃料，所以应该设计辅助燃料最少的流程。世界上第1台焚烧污泥的流化床锅炉在1962年建于美国Lynnword Washington，至今仍在运行。1970年以后，从日本研究者平冈等人1973年所进行的基础研究开始，美国的奥利克塞(Olexsey)于 1974年、卡林斯克(Kalinske)于1975年都指出了焚烧工艺的优越性。1976年10月在悉尼举行的第8届国际水质污染研究会议上由马吉玛 (Majima)等人发表了多段炉分解的应用性研究报告。1977年4月在日本东京举行的日美下水道技术会议上，由卡希娃亚(Kashiwaya)发表了大阪府川俣处理场的多段炉应用研究的成果报告，报告中证实了多段炉焚烧工艺的实用性，之后在川俣处理场及其他多处都建起了剩余污泥焚烧装置，至今运行良好。
韩国正在Kyungki省的Kwangdong-Li污水处理厂试运行由Samsung建筑公司最近开发的污泥焚烧新工艺。泰国的Samutprakam 正在建设东南亚规模最大的污水处理厂，其污泥处理单元将采用焚烧工艺。在我国的城市污水厂中，只有深圳特区污水处理厂用于焚烧。对工业废水污泥的焚烧，国内应用的也很少，由化工部第三设计院设计的齐鲁20万t乙烯污水处理厂，污泥量为2100kg/h，采用二段串联的卧式灰砖焚烧炉焚烧。北京燕山石油化工总厂自行设计的活性污泥沸腾焚烧炉，热载体采用粉状砂针，污泥用压力式喷嘴喷入炉内，燃烧燃料要与空气混合造成热风。但此炉现未能连续运行。香港政府决定修建2组日处理量为6000t的焚烧炉和能源回收设备。预计将在2007年。第1组设备将投入使用。
焚烧炉型有回转型如回转式焚烧炉、多段型如立式多段炉(多段竖炉)及流化床型等。流化床焚烧炉有如下特点：①由于流化层内粒子处于激烈运动状态，粒子与气体之间的传质与传热速度很快，单位面积的处理能力很大;②由于流化床层内处于完全混合状态。所以加到流化床的固体废物，除特别粗大的块体之外，都可以瞬间分散均匀;③由于载体本身可以蓄存大量热量，并且处于流动状态，所以床层反应温度均匀，很少发生局部过热现象，床内温度容易控制。即使一次投入较多量的可燃性废弃物，也不会产生急冷或急热现象;④在处理含有大量易挥发性物质时(如含油污泥)，也不会像多段炉那样有引起爆炸的危险;⑤流化床的结构简单，设有机械传动部件，故障少，建造费用低;⑥空气过剩系数可以较少;⑦特别是流化床焚烧炉还具有其本身独特的优点，如燃料适应性广、易于实现对有害气体SO2和 NOx等的控制、还可获得较高的燃烧效率、污泥焚烧的灰份有多种用途等等。因此，流化床焚烧炉得到了较好的应用，其型式有道尔-奥利弗(Dorr- Oliver)流化床焚烧炉、考可兰(Copeland)式流化床焚烧炉、回旋型流化床焚烧炉、带干燥段的流化床焚烧炉等。
目前，污泥焚烧是日本、奥地利、丹麦、法国、瑞士、德国等国污泥处置的主要方法，近几年来污泥焚烧技术已经逐步成为处理污泥的主流，愈来愈受到世界各国的青睐。这是由于焚烧法与其它方法相比具有突出的优点：①焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化，它可以解决其他方法中污泥要占用大量空间的缺陷，这对于日益紧张的土地资源来说是很重要的;②焚烧后剩余污泥中的水分、有机物等都被分解，只剩下很少量的无机物成为焚烧灰，因而最终需要处置的物质很少，不存在重金属离子的问题，焚烧灰可制成建筑材料等有用的产品，是相对比较安全的一种污泥处置方式;③污泥处理速度快，不需要长期储存;④污泥可就地焚烧，不需要长距离运输;⑤可以回收能量用于发电和供热。
