In der Rechenanlage werden grobe Schmutzstoffe wie Hygienemüll, Plastik, Papier und Essensreste durch einen Filterstufenrechen aus dem Wasser entfernt. Der Abstand zwischen den Lamellen des Rechens beträgt 6 mm. Das Rechengut wird anschließend gewaschen, durch eine Schneckenpresse entwässert und in einem Container gesammelt. Jedes Jahr fallen ca. 140 Tonnen Rechengut zur Entsorgung an. Die Entsorgung erfolgt durch Verbrennung mit Hausmüll.

Nach der mechanischen Reinigung enthält das Wasser größtenteils nur noch gelöste Schmutzstoffe. In den darauf folgenden Belebungsbecken verarbeiten Bakterien Kohlenstoff und Stickstoffverbindungen in aufeinanderfolgenden Prozessen. Auch dienen die Belebungsbecken als Reaktoren für die chemische Fällung von Phosphorverbindungen. Bakterienkolonien und Flocken bilden den sogenannten Belebtschlamm. In acht aufeinanderfolgenden Kaskaden innerhalb der Becken werden durch Mischen, Belüften und Rühren gezielt optimale Umgebungsbedingungen für den Belebtschlamm und jeweiligen Prozess eingestellt. Die ablaufenden biologischen und chemischen Prozesse werden kontinuierlich messtechnisch überwacht. Mit dem Abbau der Abwasserinhaltsstoffe wächst die Belebtschlammmenge (Überschussschlamm).

Bei Zugabe von Metallsalzen (z. B. Eisen-III-Sulfat, Aluminium-Sulfat) fällt gelöstes Phosphat als Schlammflocken in den Becken aus. Diese Flocken werden durch Rühren und Belüften in den Belebungsbecken in Schwebe gehalten. Feinste Partikel lagern sich an diesen Flocken an. Ebenso siedeln in und an den Flocken Bakterien. Es entstehen sogenannte Belebtschlammflocken, die sich in den Nachklärbecken gut vom Abwasserstrom absetzen. Schadstoffe und Nährstoffe, gelöst oder als Partikel, werden so bis zu über 90 % aus dem Wasser entnommen. Die biologisch-chemische Abwasserreinigung ist ein sehr komplexes Zusammenspiel. Die Aufgabe des Betriebspersonals ist es, das biologische Gleichgewicht bei sich ständig ändernden Randbedingungen aufrecht zu erhalten.

Drei Nachklärbecken auf dem Gelände der Verbandskläranlage bilden die letzte Station des Abwassers, bevor es in den Vorflutkanal zum Rhein unterhalb Breisachs geleitet werden kann. In der Nachklärung sinken die bei der biologischen und chemischen Reinigung entstandenen Belebtschlammflocken langsam ab. Während das gereinigte Abwasser unter einer Tauchwand hindurch fließt und die Kläranlage verlässt, wird ein kleiner Teil des abgesetzten Schlamms als sogenannter Überschussschlamm zur Schlammbehandlung weiter in den Faulbehälter geleitet. Der Großteil des Schlamms wird durch Pumpen von den Nachklärbecken zurück in das Belebungsbecken gefördert. Das mittlere Schlammalter beträgt ca. 9-12 Tage.

Der aus den Nachklärbecken abgepumpte Belebtschlamm besteht zu 96-99 % aus Wasser. Überschüssiger Schlamm wird abgezogen und in einer Zentrifuge eingedickt, um den Wassergehalt zu senken. Gemeinsam mit Primärschlamm aus dem Vorklärbecken und Fetten aus dem Sandfang wird der Überschussschlamm in den Faulbehälter gepumpt. Im Faulbehälter bauen spezielle Bakterien bei 37° C unter Luftausschluss organische Verbindungen ab. Bei diesem Prozess entsteht ein Gasgemisch (Klärgas), das hauptsächlich Methan (62 %) und Kohlendioxid (CO2) enthält und zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Nach 28 Tagen im Faulbehälter wird der ausgefaulte Klärschlamm in einer zweiten Zentrifuge auf 30-35 % Trockenrückstand entwässert. Insgesamt 3.500 Tonnen entwässerter Klärschlamm werden jährlich produziert.

Klärschlamm, zum größten Teil bestehend aus Wasser, Mineralien, Kohlenstoff sowie Phosphor (P), wurde früher direkt auf die Felder ausgebracht, was zur Überdüngung und Grundwasserverunreinigung mit Schadstoffen führte.

Der AZV Staufener Bucht erkannte bereits im Jahr 2000 das Problem und änderte seine Strategie: Von nun an wurde der Klärschlamm zu Verbrennungsanlagen transportiert, um Schadstoffe sicher zu entfernen. Doch durch diese Lösung wurde nicht nur der äußerst wichtige Mangelrohstoff Phosphor dem Wirtschaftskreislauf entnommen, sondern führte auch zu neuen Umweltbelastungen durch den Transport. Außerdem führten Marktmonopolisierung und Preissteigerungen sowie Engpässe bei der Abfuhr und Verwertung zu der Erkenntnis, dass eine regionale Lösung notwendig ist.

Um eine regionale und nachhaltige Lösung für die Klärschlammverwertung zu schaffen, schlossen sich der AZV Staufener Bucht und sechs weitere Kläranlagen aus den Gemeinden Neuenburg, Breisach und Vogtsburg zusammen. Ihr gemeinsames Ziel ist eine effiziente, sichere und wirtschaftliche Verwertung des Klärschlamms, die zur Energieeffizienz beiträgt, lokale Wertschöpfung fördert, den regionalen Phosphorkreislauf schließt und die örtlichen Strukturen stärkt.
Als Lösung wurde das Pilotprojekt P-XTRACT in die Wege geleitet. Dieses wird zukünftig, die jeweilig anfallenden Klärschlämme der sieben Kläranlangen einer gemeinsamen Verbrennungsanlage, der sogenannten P-XTRACT-Anlage zuführen, welche sich auf der Kläranlage des AZV Staufener Bucht befindet.
Der Kern dieses verfahrenstechnischen Konzepts besteht in der Doppelnutzung eines Wirbelschichtreaktors für die Mineralisierung des Klärschlamms sowie die Herstellung einer düngefähigen, phosphorhaltigen Asche. Diese kann zukünftig konventionelle Düngemittel ersetzen und somit der im Klärschlamm enthaltene Phosphor dem Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden.

Die für den Prozess notwendige Energie wird mittels des Verbrennungsprozesses erzeugt und alle organischen Schadstoffanteile des Klärschlamms werden zu CO₂ umgewandelt. Schwermetalle werden in der phosphorhaltigen Wertstoffasche abgereichert und über eine Abgasreinigungsanlage der Umwelt nachhaltig entnommen. Sowohl die Doppeltnutzung des thermischen Reaktors als auch der insgesamt energieneutrale Prozess sind wichtige Elemente zur Steigerung der Energieeffizienz im Bereich der Klärschlammverwertung als auch der Düngemittelproduktion.

Das bei der Schlammbehandlung gewonnene Klärgas wird in einem Trockengasbehälter mit innenliegender Membran gespeichert. Vereinfacht kann man sich diese Membran als großen Luftballon vorstellen. Das Klärgas dient als Brennstoff für zwei Blockheizkraftwerke, die sowohl Wärme als auch Strom erzeugen. Zwei spezielle Gasmotoren mit jeweils 125 kW treiben Elektrogeneratoren an. Sie erzeugen gerade so viel Strom, wie ihn die Anlage benötigt. Damit können wir auch den Anlagenbetrieb aufrechterhalten, wenn in seltenen Fällen die öffentliche Stromversorgung ausfällt. In der Jahresbilanz kann die Kläranlage mit der im Abwasser enthaltenen Energie den Wärmebedarf für Heizung, Faulturm und Warmwasser vollständig decken und sich gleichzeitig zu über 90 % mit Eigenstrom selbst versorgen.

Im betriebsanalytischen Labor der Verbandskläranlage wird die Qualität des gereinigten Abwassers überwacht, um sicherzustellen, dass alle mechanischen, chemischen und biologischen Prozesse ordnungsgemäß funktionieren. Hierzu werden täglich Proben aus den verschiedenen Reinigungsstufen entnommen und analysiert. Zu den wichtigsten Parametern zählen die Stickstoff-, Phosphor- und Kohlenstoffgehalte. Neben dem Abwasser wird auch der bei der Reinigung produzierte Schlamm regelmäßig untersucht, da die Qualität des Schlamms und die Art der darin enthaltenen Bakterien ebenfalls Auskunft darüber geben, wie gut die verschiedenen Prozesse funktionieren. Welche Grenzwerte einzuhalten sind, ist in behördlichen Genehmigungen und übergeordneten Gesetzen festgelegt.