基于下列原因，设计多级膜法处理系统:
常规的产水出水品质不够理想;
不允许采用离子交换作为后处理(不允许采用再生药品);
脱除病毒、细菌、热源和有机物特别重要;
需要的系统可靠性。
制药和医药生产工艺用水一般设计成产水多级系统，多级膜处理系统实际上是两个传统RO/NF系统的组合，级的产水作为第二级的进水，两级既可以是单段式，也可以是多段式，既可以是一次通过式，也可以有浓水再循环运行模式 。
图5-9为多级RO系统的示意图，第二级(R02)的浓水回流到级(R01)的进水端，这是因为，其品质仍比进入系统原水水质好，同时R02的进水水质高(R01的产水)，因此R02比R01有更高的水回收率，就可以使用较少的膜元件。
图5-9 二级反渗透系统 
只要不超过膜元件允许进水压力(对于BW系列元件，41bar)，整个系统可以只设置一台高压泵，而不需要每一级单独设泵，此时，第二级由级R01的产水压力来推动，但是在任何时间和条件下，同一级的产水压力与同一级的进水或浓水压力的差值(即背压)不得大于0.3bar。也可以设置一个中间过渡水箱以收集级的产水，然后再利用高压泵向第二级反渗透装置供水，但该水箱要采取细致的措施防止受灰尘和微生物的污染。
产水电导率在多数情况下是产水重要的参数，由于二氧化碳无法被膜所脱除，它会存在于成品水中，形成碳酸引起电导率的上升，通过将进水pH加碱调节到8.2左右，就可以阻止CO
2透过
反渗透膜，在此pH条件下，所有二氧化碳会转化成碳酸，而碳酸能被膜很好地除去，在R01 的进水或产水中均可以加入NaOH，在产水中加NaOH时，加入量非常小，这是因为R01产水几乎不存在缓冲能力，但在级R01的进水中加碱要干万小心，防止碳酸钙沉淀，在pH8.2左右最容易发声碳酸钙沉淀。采用加碱处理方法，一般情况下，原水含盐量不高时采用二级反渗透工艺，系统产水电导率可达<1μs/cm(25℃)。
