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隔油池出水用泵提升到調節均質罐，罐內設有浮動壞流收油器。污水在罐內調節均質并進一步油水分離，分離出來的粗分散油由浮動環流收油器收集后排至污油池。調節均質罐出水的含油量小于100mg/L。
經調節均質后的污水，重力流入渦凹氣浮裝置。該裝置為美國麥王公司的CAF渦凹氣浮技術，具有充氣量高、自動內回流、不設置回流泵、占地省、能耗低等優點，對去除細分散油有特殊效果。離心脫水機經渦凹氣浮裝置處理厚的污水中含油量可以小于50mg/L。
污水再進入二級氣浮池，采用的是射流溶氣氣浮技術。由于陜北油礦屬高礦化度油田，采用污水中含氯離子和含鹽量均偏高。為解決氯根對氣浮劑的分散性能影響，設置了破乳、絮凝、助凝三種藥劑投配設施，以保證氣浮的除油效果。經過二級氣浮池的處理后，污水中細分散油和部分乳化油得到了進一步去除，使其出水含油量降至小于20mg/L，同時，CODcr、NH3-N等也有一定的去除效果。至此，預（前）處理的環環相扣，使除油效果得到保證，為生化處理創造了良好的條件。
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