水处理单元过程最优化设计是用最优化的原理和方法设计出效率最高、费用最小、能源消耗最小的水处理单元过程。包括确定单元过程的操作方式、运行参数和设备基本尺寸等。通过单元过程的最优化研究可以了解过程本身的特性和影响音色并为大处理系统提供优化设计基础。优化设计的基本方法是选择并确定目标函数，建立过程性数学模型，确定设计变量的约束，求解最优方案。国内外对某些水处理单元过程的优化设计已进行了和正在进行深入的研究。