脱水污泥通常含有约60以上的水分，必须经过适度干燥后再进行焚烧，以确保污泥燃烧稳定、充分燃烬，且不对焚烧装置产生腐蚀。
干燥是传热传质的过程。
传热是指经传导、对流或辐射方式，热量从较高温度的热介质传给较低温度的湿物料的过程，遵循傅立叶定律：传热速率与传热系数、传热面积及温度差成正比，热流与温度梯度方向相反。传热的动力是温度差。
传质是指湿物料表面水受热汽化蒸发，及湿物料内部的水分扩散到物料表面再被蒸发的过程，遵循费克定律：传质速率与扩散系数、浓度差成正比，质流与浓度梯度方向相反。传质的动力是水浓度差。
干燥过程又被分为表面汽化和内部汽化两个阶段：在表面汽化阶段，水分通过物料扩散的速率大于汽化速率，水分汽化是在物料表面发生，物料的表面温度等于湿球温度计温度，也称为“恒速蒸发”阶段，此时蒸发速率高且恒定；在内部汽化阶段，水分通过物料的扩散速率降低，汽化面内移，物料温度上升，也称为“降速蒸发”阶段，此时蒸发速率逐渐下降。
先采用喷雾干燥技术进行脱水污泥表面汽化阶段的干燥，再采用振动流化干燥、带式干燥、回转窑干燥、气流干燥等直接干燥技术进行污泥内部汽化阶段的干燥，构成两段式污泥干燥系统，能够最大程度地符合干燥机理，获得高产率和高效率。
污泥喷雾干燥技术可将污泥雾化成粒径约100微米的细小雾滴，极大地提高了污泥的表面积，有利于传热传质；污泥雾化具有一定的细胞破壁能力，使细胞水释出，同时破坏污泥中的胶状体，并使大部分存在于污泥内部的间隙水成为了表面水，强化了表面蒸发过程；喷雾干燥可以直接采用1100℃高温烟气进行干燥，增大了传热介质和物料的温度差；喷雾干燥是在高速气流中完成，有利于水蒸汽的快速扩散。因此，污泥“喷雾干燥”技术非常适合脱水污泥在表面蒸发阶段的干燥处理。经喷雾干燥后，污泥含水率降至约50%及以下。
污泥干燥进入内部蒸发阶段后，喷雾干燥这种极速蒸发模式不再适合，需要一种适合污泥内部水分缓慢扩散至表面再被蒸发的干燥工艺。振动流化干燥、带式干燥、回转窑干燥和气流干燥等技术的蒸发速率较低，能够适应污泥内部水分的缓慢扩散，可通过控制物料在干燥器内的停留时间控制物料干燥程度。而且与喷雾干燥相同，这些干燥技术可直接利用余热烟气进行干燥，便于工艺组合，适合污泥在内部蒸发阶段的干燥处理。经二次干燥后，污泥含水率降至40%及以下。
为防止二噁英的生成，污泥焚烧过程需要满足清洁焚烧的"3T"准则（Temperature，Turbulence，Time），即焚烧需要在一定的焚烧温度（800℃及以上）和湍流度下停留一定的时间（2s以上）。
同时还需对污泥焚烧产生的烟气进行“骤降”处理，使其在2s以内从800℃降至250℃以下，防止二噁英在烟气降温过程中合成。
由于烟气飞灰中吸附了大量的二噁英和重金属，还需要对污泥焚烧烟气中的飞灰进行捕集，并采用活性炭对尾气进行吸附处理。
目前常用的固废焚烧炉主要为流化床焚烧炉和回转窑焚烧炉，都能满足清洁焚烧的“3T”准则；而且适应性好，技术成熟。可焚烧低热值、高水分、在其他燃烧装置中难以稳定燃烧的废弃物，被广泛应用于垃圾焚烧和危废焚烧。
污泥燃烧时会有大量挥发性气体产生，需要采取措施确保烟气二燃充分。通常的流化床焚烧炉二燃温度约800℃，能够满足烟气中挥发性气体焚烧的要求。在二燃室采用燃油或天燃气助燃，能够将二燃温度提高到1100℃，满足危废污泥焚烧的要求。
干化污泥通常为细微的粉状颗粒，容易随烟气直接逸出炉膛，通常需要通过多次循环方式焚烧处理，增加了焚烧系统负荷，消耗更多的动力和空气。将干化污泥造粒，使之形成颗粒度、燃值、灰分、挥发分均匀稳定的“污泥衍生颗粒燃料”，可确保焚烧过程中污泥稳定充分的燃烧，且大大减少烟气中的粉尘量。
国内外污泥焚烧处理方案主要有以下几种工艺技术集成：
方案一：将高含水率污泥直接投入焚烧炉进行焚烧。
需配置余热锅炉等进行余热资源利用，配置急冷塔对烟气快速降温以防止二噁英的合成；约500℃的余热烟气被急冷塔喷淋降温排放；污泥含水率高，需消耗更多燃料和空气维持焚烧，并产生更多的二氧化碳和尾气，损失更多的热量；在烟气降温过程中会发生烟气管道和设备结垢、结焦，以及酸性腐蚀。
方案二：污泥先干燥再焚烧。其中污泥干燥工艺是利用污泥焚烧产生的余热烟气生产0.5～1MPa的蒸汽，再采用间接干燥工艺利用蒸汽进行污泥干燥。
需配置余热锅炉生产蒸汽，配置急冷塔对烟气快速降温以防止二噁英的合成；约500℃的余热烟气被急冷塔喷淋降温排放；需消耗更多燃料和空气以产生足够的蒸汽完成污泥干燥，增加了二氧化碳和废气排放；多个环节的热量转换造成热效率低下；污泥焚烧和干燥两个环节都会产生废气使尾气量增加，损失更多的热量；在烟气降温过程中会发生烟气管道和设备结垢、结焦，以及酸性腐蚀。需在干燥器内充入惰性气体以降低氧含量，防止干燥过程中发生粉尘和挥发性气体混合爆炸。
方案三：污泥先干燥再焚烧。 其中污泥干燥工艺是将污泥焚烧产生的约800～1100℃高温烟气进行稀释降温至约500℃，再采用直接干燥工艺利用降温后的烟气进行污泥干燥。
需要大量的新风稀释高温烟气，使废气量增加，损失更多的热量；污泥干燥过程有较高的粉尘和挥发性气体混合爆炸风险；工艺环节较少，系统构成简单。
方案四：污泥先干燥再焚烧。其中污泥干燥工艺是直接利用污泥焚烧产生的约800～1100℃高温烟气进行污泥干燥。
直接采用污泥焚烧产生的800～1100℃高温烟气进行污泥喷雾干燥，热效率高，消耗的空气和燃料少，二氧化碳和废气排放量低，热损小；污泥喷雾干燥工艺自身具有烟气温度骤降、飞灰（二噁英和重金属）吸附功能；并形成高湿、低氧、极速蒸发降温、高速气流流通的环境，防止污泥干燥时的粉尘和挥发性气体混合爆炸的发生；工艺环节少，系统构成简单。
与其他方案相比，将污泥喷雾干燥工艺与焚烧工艺进行技术集成，具有明显的技术及经济优势。
