在生物處理系統中必須保持足夠且恒定的生物群體，因此在二沉池中所沉淀的生物固體（污泥）一部分必須返回到曝氣池，另一部分從二沉池中排放掉。返回到曝氣池的生物量，是用來維持系統所要求的污泥濃度，降解進入系統中的有機物質。有機物越多，需要的生物量越大，要想維持系統所要求的污泥濃度，就必須保證回流污泥的量。
　　
        在生物系統物料平衡中有如下關系式存在：
　　
        X= Xr•R/(1+R)
　　
        式中：R ---污泥回流比%；
　　　　　Xr---回流污泥濃度kg/m3；
　　　　　X ---混合液污泥濃度MLSS kg/m3
　　
        由此式可看出:（1）想要得到預期的X（MLSS）值,就必須保證有一定的回流污泥濃度和回流污泥量；（2）X<Xr。回流污泥量，一般用回流比控制。對于平流式和輻流式二沉池一般采用R≤1.5;豎流式沉淀池R≤2.0，因為較大的回流比會加大二沉池分離區紊動程度，而影響沉淀過程。
　　
        回流污泥濃度在很大程度上與活性污泥的性質和二沉池內污泥濃縮條件有關，活性污泥的濃縮性能不僅取決于SVI，還受到濃縮區高度、停留時間的影響。濃縮區的高度和停留時間與下列因素有關：固體負荷；二沉池進、配水方式；刮泥機種類與性能；污泥回流量及二沉池的池型等。
　　
        在我國一般認為，混合液在量筒中沉淀30min后形成的污泥濃度基本上可代表混合液在二沉池所形成的污泥濃度，也即為回流污泥濃度。回流污泥濃度（Xr）與SVI之間有下列關系：
　　
        Xr=r•106/SVI　　（mg/l）
　　
        式中的r是考慮污泥在二沉池中的停留時間、池深、污泥層厚度等因素有關的系數，一般取1.2左右。
　　
        德國在二沉池豎向設計中研究較多，并提出了二沉池底流污泥濃度（XB）與濃縮時間（tE）之間的關系式：
　　
        XB=(103/SVI)•(tE)1/3 　（kg/m3）
　　
        式中：SVI—污泥指數（L/kg）；
　　　　　tE—污泥濃縮時間（h）。
　　
        由此式看：污泥濃縮時間越長，底流污泥濃度則越高，回流污泥濃度越高，回流比R則可越小；另一方面活性污泥在二沉池濃縮區和刮泥區的停留時間應盡可能短，以免二沉池內污泥中的磷再次釋放以及因脫氮而造成的污泥上浮現象。但是要精確的確定最佳濃縮時間和影響系數，還要做大量的研究工作。
　　
        濃縮時間的確定對二沉池的計算特別重要，設計可根據表3經驗數據選取:

        表3 濃縮時間取值表
 

表3 濃縮時間取值表 處理工藝 濃縮時間（h） 傳統活性污泥法 1.5-2.0 生物脫氮活性污泥法 1.0-2.0 生物除磷活性污泥法 1.0-1.5

        回流污泥濃度因受刮泥系統的影響,其濃度一般低于底流濃度,其減少值與所采用的刮泥系統有關。
　　
        采用刮泥時：Xr≌0.7XB
　　采用吸泥時：Xr≌0.5-0.7XB
　　
        以上二式適用于機械刮吸泥式二沉池。