船舶油污水的分離方法很多，主要有物理分離、化學分離和生化分離等。其中，物理分離是利用油水密度差或聚合、吸附等物理方法將油水分離，是船上使用的主要方法;化學分離是在油污水中投入絮凝劑，使油凝聚成膠體而沉淀，或使水電解產生氣泡，以粘附油液上浮，以此實現油水分離;生化分離是利用好氣微生物對油分解氧化來控制油分濃度。下面介紹一些詳細的方法。
過濾分離法是讓污油通過多孔介質時，油粒中心與多孔介質表面的距離小于或等于其自身半徑時，油粒被截流篩分的分離方法。此法因油粒主要攔截在多孔介質的前部，故多孔介質容易堵塞，必須經常用反沖洗的方法對其進行清洗。多孔介質大多采用非親油性材料，如粒狀介質、濾布和特制的陶瓷塑料制品。
吸附分離是利用大表面積的多孔性的固體吸附材料直接吸附含油污水中的小油粒而達到分離的目的。常用的吸附材料有親油性纖維、硅藻土、焦炭和活性炭等。由于大油粒會堵塞吸附介質表面的微孔，減小活性表面，故常將其作為附加裝置使用。
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