用最优化的原理和方法设计出效率最高、费用最小、能源消耗最少的废水处理系统。它是系统工程在解决环境问题方面的一种应用。
以常用的完全混合活性污泥法废水处理系统为例，这种系统是由“废水处理”和“污泥处理”这两个子系统组成的。前者有初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、循环泵、污泥泵、机械曝气等构筑物和设备；后者有污泥浓缩池、消化池、 真空过滤机、 初次污泥泵、浓缩污泥泵和污泥最后处理等过程和设备。长期以来，对上述系统都是按传统的经验方法设计的。20世纪60年代出现的一种“合理设计”法，采用定量的过程数学模式和实验决定参数的方法进行废水处理系统的设计。与此同时，开始进行各单元过程和总系统最优化设计方法的研究，目前已经提出了一些方法和计算机程序，正在逐步实现污水处理厂的最优化设计。由于最优化设计依据系统内各单元之间的定量关系，使整个系统达到最优目标，所以比传统设计经济合理。
