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隔油池出水用泵提升到调节均质罐，罐内设有浮动坏流收油器。污水在罐内调节均质并进一步油水分离，分离出来的粗分散油由浮动环流收油器收集后排至污油池。调节均质罐出水的含油量小于100mg/L。
经调节均质后的污水，重力流入涡凹气浮装置。该装置为美国麦王公司的CAF涡凹气浮技术，具有充气量高、自动内回流、不设置回流泵、占地省、能耗低等优点，对去除细分散油有特殊效果。离心脱水机经涡凹气浮装置处理厚的污水中含油量可以小于50mg/L。
污水再进入二级气浮池，采用的是射流溶气气浮技术。由于陕北油矿属高矿化度油田，采用污水中含氯离子和含盐量均偏高。为解决氯根对气浮剂的分散性能影响，设置了破乳、絮凝、助凝三种药剂投配设施，以保证气浮的除油效果。经过二级气浮池的处理后，污水中细分散油和部分乳化油得到了进一步去除，使其出水含油量降至小于20mg/L，同时，CODcr、NH3-N等也有一定的去除效果。至此，预（前）处理的环环相扣，使除油效果得到保证，为生化处理创造了良好的条件。
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