物理法
含油废水物理处理方法包括重力分离法、过滤法、离心分离法等。
重力分离法
重力分离法是典型的初级处理方法，是利用油和水的密度差及油和水的不相溶性，在静止或流动状态下实现油珠、悬浮物与水分离。分散在水中的油珠在浮力作用下缓慢上浮、分层，油珠上浮速度取决于油珠颗粒的大小，油与水的密度差，流动状态及流体的粘度。它们之间的关系可用Stokes和New-ton等定律来描述。重力分离法的特点是： 能接受任何浓度的含油废水，同时除去大量的污油和悬浮固体等杂质，但处理出水往往达不到排放标准。在稳定的流速和油含量的特定条件下，可作为二级处理的预处理。常用的设备是隔油池，包括平流隔油池（API ）、斜板隔油池（PPI ）、波纹斜板隔油池或称高效除油器（CPI ）、小型隔油池以及用于收集来自家庭、汽车库、饭店、医院等的废水油脂的简易隔油井。隔油池水面的浮油可利用集油管排出或采用撇渣机等专用机械撇出，而小隔油池也可进行人工撇油。重力分离技术是应用最广泛、最实用的一种油水分离技术。通过对几种重力油水分离设备的比较，HN S-Ⅲ型分离性能最优，油中含水质量分数仅为1.56%。20世纪70年代中期出现的立式斜板除油罐集立式除油罐与斜板隔油池的优点于一体，大大提高了除油效率，可基本去除水中的浮油和分散油。该法适用于除去废水中的浮油、部分分散油、重油以及油-固体物等不与水溶解的有害物质，但不能除去废水中的溶解油和乳化油。
过滤法
过滤法是将废水通过设有孔眼的装置或通过由某种颗粒介质组成的滤层，利用其截留、筛分、惯性碰撞等作用使废水中的悬浮物和油分等有害物质得以去除。常用的过滤方法有3种： 分层过滤、隔膜过滤和纤维介质过滤。含油废水经过隔油、气浮或混凝沉淀—气浮处理后，再用过滤法处理，可使废水中的含油量降到10mg/L以下或更低。常用的层滤工艺是硅藻土过滤（D. E. F）和砂滤（S. F），一般作为深度处理的预处理。用砂滤池过滤时要求废水中不含重油，以免堵塞砂滤层。膜过滤法又称为膜分离法，是利用微孔膜将油珠和表面活性剂截留，主要用于除去乳化油和某些溶解油。滤膜包括超滤膜、反渗透膜和混合滤膜等。膜材料包括有机膜和无机膜两种，常见的有机膜有醋酸纤维膜、聚砜膜、聚丙烯膜等，常用的无机膜有陶瓷膜、氧化铝、氧化钴、氧化钛等。采用膜分离法处理乳化油废水具有不需加混凝剂、不产生含油污泥、浓缩液可焚烧处理、透过量和出水水质稳定等优越性，特别适合高浓度乳化油废水的处理。但采用膜分离前必须先对含油废水预处理，降低进水的污染物含量，使进水水质能够保证膜元件在一定时间内稳定运行，不产生膜污染。膜使用一定时间后必须采取适当清洗方法再生。
离心分离法
离心分离法是使装有含油废水的容器高速旋转，形成离心力场，因固体颗粒、油珠与废水的密度不同，受到的离心力也不同，达到从废水中去除固体颗粒、油珠的方法。常用的设备是水力旋流分离器。旋流分离器在液固分离方面的应用始于19世纪40年代，现在较为成熟，但在油/水分离领域的研究要晚得多。虽然液固分离与液液分离的基本原理相同，但二者设备的几何结构却差别较大。脱油型旋流分离器起源于英国。从20世纪60年代末开始，由英国南安普顿大学 MartinThew教授领导的多相流与机械分离研究室开始水中除油旋流分离器的研究，发明了双锥双入口型液液旋流分离器，在试验过程中取得满意效果。随后，YoungGAB等人设计出的与双锥型旋流器具有相同分离性能但处理量要高出1倍的单锥型旋流分离器。经过几何优化设计，Conoco公司提出了K型旋流分离器，对于直径小于10μm的油滴分离性能提高更加明显。由于旋流分离器具有许多独特的优点，旋流脱油技术在发达国家含油废水处理特别是在海上石油开采平台上已成为不可替代的标准设备。该法常用来分离分散油，对乳化油的去除效果不太好。离心分离法设备体积小、除油效率高，但高流速产生的紊流容易将部分分散油剪碎，而且运行费用高，因此常用于处理水量少，占地受限制的场合，如海上采油平台、油船等。
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