物理法是基于重力作用之下，依靠油與水的密度差別對乳化液廢水中的游離態油和分散油(或懸浮油)進行與水相分離的方法。物理法通常不能將乳化液廢水中的乳化油與溶解油從水相中分離出來。物理法根據其在油水分離的具體操作過程中的不同實現形式分類為浮上、機械、離心及過濾四種分離方法：浮上分離使乳化液廢水中的游離態油或分散油(或懸浮油)與水分離的過程，是廢水中的油滴依靠浮力逐漸上浮于水面從而使油水分層的過程，油水密度差、油粘度、廢水粘度、上浮油滴直徑等影響油滴上浮速度的因素之間的關系遵循斯托克斯的顆粒上浮定律(論及)，工業上浮上分離的運用借助于平流式(API)、平板式(PPI)、斜板式(TPI)三種隔油池為煉油廠所廣泛采用;機械分離法解決了隔油池占地面積大的缺點，借助分離設備使乳化液廢水在其中局部形成渦流，使油滴粒徑增大，降低油滴在分離器中的停留時間，提高分離效率;離心分離是借助離心分離器高速旋轉產生的離心力使密度較水小的油滴向分離器內圈移動聚集成油珠上浮分離，超高速離心機可分離乳化液廢水中的乳化油;過濾又包括砂濾法、層濾法及膜濾法，砂濾通常用于截除廢水中懸浮油或極少量溶解的有機物。
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