船舶油污水的分离方法很多，主要有物理分离、化学分离和生化分离等。其中，物理分离是利用油水密度差或聚合、吸附等物理方法将油水分离，是船上使用的主要方法;化学分离是在油污水中投入絮凝剂，使油凝聚成胶体而沉淀，或使水电解产生气泡，以粘附油液上浮，以此实现油水分离;生化分离是利用好气微生物对油分解氧化来控制油分浓度。下面介绍一些详细的方法。
过滤分离法是让污油通过多孔介质时，油粒中心与多孔介质表面的距离小于或等于其自身半径时，油粒被截流筛分的分离方法。此法因油粒主要拦截在多孔介质的前部，故多孔介质容易堵塞，必须经常用反冲洗的方法对其进行清洗。多孔介质大多采用非亲油性材料，如粒状介质、滤布和特制的陶瓷塑料制品。
吸附分离是利用大表面积的多孔性的固体吸附材料直接吸附含油污水中的小油粒而达到分离的目的。常用的吸附材料有亲油性纤维、硅藻土、焦炭和活性炭等。由于大油粒会堵塞吸附介质表面的微孔，减小活性表面，故常将其作为附加装置使用。
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