膜系統的改進旨在合理的能耗下，改善水力學條件，提高傳質系數。通常，在超濾組件中加入不同形式的湍流促進器，提高低速滯流料液的湍動狀態，減少濃差極化層厚度和膜表面沉積物，從而有效控制膜污染以提高膜通量。
Krstic等在單管式無機超濾膜組件中加入靜態混合器作為湍流促進器，并將其應用于乳化油廢水處理中。其膜通量是無靜態混合器時膜通量的5倍，但此工藝存在壓降高的缺陷，有待于進一步完善。Shui等開發出一種節能旋轉膜系統，可在超濾膜表面產生外加剪應力，且使膜面載有負電荷，有效緩解油水乳液處理過程中的膜污染問題。研究表明，當膜盤旋轉速度為1000r/min時，油截留率大于98%，膜通量是傳統旋轉膜分離系統的1.32倍。Um等在進水中注入壓縮N：以改善膜系統進水條件，處理油水乳液。結果表明，通入N：時膜通量明顯提高，油和COD，截留率略高于未通N：的情況，說明有無N：對截留率影響不大。此外，作者還認為N：通人時存在有效膜面積減小的缺點。具體聯系污水寶或參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
冶金行業排放的乳化油廢水不僅含有油，還含有大量鐵屑、灰塵等固體顆粒雜質，在保證并提高超濾膜分離性能的同時，為減輕膜污染，延緩膜通量衰減，通常將其他工藝作為超濾系統的預處理工藝，與超濾技術進行耦合，以減輕超濾膜負擔。預處理是保護超濾膜裝置的屏障，也是減少膜污染和清洗頻率的重要措施。
趙慶等采用混凝一超濾耦合工藝處理某化工廠隔油池的含油廢水，探討了不同操作條件對膜通量和膜截留性能的影響。結果表明，以聚合氯化鋁為絮凝劑、聚丙烯酰胺為助凝劑的混凝預處理工藝能夠有效控制PAN超濾膜污染，運行3h后仍可維持較高穩定膜通量，且石油類和COD，截留率高于90%。Panpanit等在原料液中加入膨潤土作為預處理工藝，與醋酸纖維素平板超濾膜耦合處理乳化油廢水，并探索了膨潤土的作用機制。研究表明，膨潤土可大大提高膜過濾性能，膜通量穩定在480L/(m2.h)左右。對此，作者采用料液中乳化油濃度降低、顆粒吸附、凝膠層的減少3種機理進行描述。
