膜系统的改进旨在合理的能耗下，改善水力学条件，提高传质系数。通常，在超滤组件中加入不同形式的湍流促进器，提高低速滞流料液的湍动状态，减少浓差极化层厚度和膜表面沉积物，从而有效控制膜污染以提高膜通量。
Krstic等在单管式无机超滤膜组件中加入静态混合器作为湍流促进器，并将其应用于乳化油废水处理中。其膜通量是无静态混合器时膜通量的5倍，但此工艺存在压降高的缺陷，有待于进一步完善。Shui等开发出一种节能旋转膜系统，可在超滤膜表面产生外加剪应力，且使膜面载有负电荷，有效缓解油水乳液处理过程中的膜污染问题。研究表明，当膜盘旋转速度为1000r/min时，油截留率大于98%，膜通量是传统旋转膜分离系统的1.32倍。Um等在进水中注入压缩N：以改善膜系统进水条件，处理油水乳液。结果表明，通入N：时膜通量明显提高，油和COD，截留率略高于未通N：的情况，说明有无N：对截留率影响不大。此外，作者还认为N：通人时存在有效膜面积减小的缺点。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
冶金行业排放的乳化油废水不仅含有油，还含有大量铁屑、灰尘等固体颗粒杂质，在保证并提高超滤膜分离性能的同时，为减轻膜污染，延缓膜通量衰减，通常将其他工艺作为超滤系统的预处理工艺，与超滤技术进行耦合，以减轻超滤膜负担。预处理是保护超滤膜装置的屏障，也是减少膜污染和清洗频率的重要措施。
赵庆等采用混凝一超滤耦合工艺处理某化工厂隔油池的含油废水，探讨了不同操作条件对膜通量和膜截留性能的影响。结果表明，以聚合氯化铝为絮凝剂、聚丙烯酰胺为助凝剂的混凝预处理工艺能够有效控制PAN超滤膜污染，运行3h后仍可维持较高稳定膜通量，且石油类和COD，截留率高于90%。Panpanit等在原料液中加入膨润土作为预处理工艺，与醋酸纤维素平板超滤膜耦合处理乳化油废水，并探索了膨润土的作用机制。研究表明，膨润土可大大提高膜过滤性能，膜通量稳定在480L/(m2.h)左右。对此，作者采用料液中乳化油浓度降低、颗粒吸附、凝胶层的减少3种机理进行描述。
