水是生命之源，但随着人口增长和工业发展，水资源短缺和污染问题日益严重，对污水进行处理是解决问题的根本出路。沉淀是污水处理过程一个重要的环节，污水在二沉池中发生固液分离并得到澄清。二次沉淀池的处理效率直接影响系统的出水水质，整个污水工艺流程的处理效果与二沉池的运行密切相关，因此二沉池的工艺参数的设计就显得尤为重要。与传统的基于理论分析和实验研究进行工艺设计的方法相比，利用数值仿真优化方法进行工程的工艺调整高效、经济，且能充分了解沉淀池的流态和浓度分布状况。本文以长沙市某污水处理厂二沉池为例，采用多相流混合物模型与标准k-ε湍流模型结合对辐流式二沉池内污泥浓度场和速度场进行了数值模拟，在计算域上采用有限元法对控制方程进行离散，并对离散后的代数方程用SIMPLE算法进行计算，得到出水SS的模拟结果与实际沉淀池八周监测数据偏差仅为0.56%~4.9%，悬浮物浓度分布结果与二沉池的沉降中污泥分布理论相吻合，验证了模型的可靠性。以出水口悬浮物浓度（SS）为响应目标，对影响二沉池沉淀效果的三个影响因素：进水口流速、颗粒污泥粒径、挡板的淹没深度进行中心复合设计（central composite design,CCD），并经响应表面法分析得到影响出水SS的二次回归模型，预测了二沉池沉降的最佳条件：进水口流速为0.03m/s，颗粒污泥粒径为220.41μm，挡板的淹没深度为3.45m，采用仿真模拟实验得到出水口悬浮物浓度值为2.4mg/l，较优化之前的仿真结果八周平均值7.0mg/l相比其处理效率提高了65.7%。采用数值仿真和响应表面法结合对二沉池工艺条件进行优化研究，可以加速寻优过程，是工艺调整有效的辅助工具。