由于預處理系統中存在多個工藝，其優化設計的首要問題是各工藝的內部參數優化。以超濾膜通量為例，設計通量高則元件數量少、設備投資少，但負荷重、清洗與衰減周期短、換膜成本高。以軟化設備的控制方式為例，定運行時間再生方式的設備成本低，但再生周期的裕度大、再生鹽耗與水耗高;定生產水流量再生方式的設備成本高，但再生周期的裕度小、再生鹽耗與水耗小。針對不同的原水濁度及原水硬度，存在不同的超濾通量與軟化器再生方式。
預處理系統優化設計的另一個突出問題是各分工藝的配合。以超濾工藝前處理為例，當原水濁度較低時，不用附加超濾前處理;當原水濁度較高時，則應采用盤濾器或纖維過濾器作為超濾前處理;當原水COD（COD自動在線監測儀)較高時，甚至還應附加曝氣生物濾池(BAF)作為超濾前處理。
預處理系統中除鐵、除錳、除氯的工藝形式簡單、處理*，易于達到工藝目的，適合的工藝及參數設計即可滿足膜系統要求。對于以除有機物為目的的過濾工藝和以防止難溶鹽結垢為目的的阻垢工藝而言，不同的工藝形式會產生不同的處理效果，而過濾及阻垢工藝的處理效果直接影響著膜系統的設計水平與運行效果。因此，預處理產水中表征過濾工藝效果的污染指數(即SDI)及難溶鹽飽和度等水質指標，成為聯結預處理及膜系統前后兩系統設計的重要紐帶。
預處理系統產水的污染指數越低，對預處理工藝水平的要求越高，預處理系統的投資與運行成本也越高;而污染指數越低，對膜系統的污染越輕，膜系統投資與運行成本就越低。如何平衡這兩個設計成本即成為反滲透系統設計中的典型問題之一。
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