针对乳化液废水油水界面上油水作为表面活性剂稳定结合的存在形式，以及国家二级标准对乳化液废水中石油类含量的严格要求，乳化液废水的破乳油水分离是处理乳化液废水的关键。根据分离原理，乳化液废水的处理方法一般分为物理法和化学法、物理化学法和生化法。
物理方法是以重力效应为基础，根据油水密度差将游离油和分散油（或悬浮油）从水中分离出来。物理方法不能将乳化油和溶解油从水相中分离出来。物理法根据油水分离具体操作过程中的不同实现形式，可分为浮式、机械式、离心式和过滤式四种分离方法：浮式分离使乳化液废水中的游离油或分散油（或悬浮油）与水分离，它是污水中的油滴依靠浮力逐渐浮在水面上分离油水、油水密度差与油液粘度、废水粘度之间的关系，浮动油滴直径及其它影响油滴浮动速度的因素遵循Stokes颗粒浮动定律（1.1.8）。工业浮上分离技术在炼油厂中的应用，借助于API、PPI和TPI三种类型的油分离器得到了广泛的应用，机械分离方法解决了油分离器面积大的问题。借助分离设备，乳化液废水在部分区域形成漩涡，增大油滴粒径，减少油滴在分离器内停留时间，提高分离效率；离心分离是使小密度油滴向分离器内圈运动利用离心分离机高速旋转产生的离心力，将集成的油珠收集起来浮起分离；过滤还包括砂过滤、层过滤和膜过滤。砂滤通常用于截留废水中的悬浮油或少量溶解有机物。分层过滤是硅藻土过滤的一种方法，它可以去除乳化液废水中的乳化油。膜过滤采用膜截留法，可分离乳化液废水中的乳化油。膜分离的成本高于其它物理分离方法。
化学法较其他三种方法简单，即在乳状液废水中加入电解质或絮凝剂，使乳状液油滴与废水中的水结合在一起，使油水分离，达到破乳的目的。根据添加化学物质的不同，有三种方法：盐析法、混凝法和酸化法：盐析法是将电解液正解离加入乳化离子废水中，吸附在负油滴表面，压缩油滴的双电层，降低X电位，使乳化油改变组成，分散油液。常用于乳化液废水的预处理；
混凝，或称混凝，是通过在乳化液废水中加入絮凝剂的水解聚合作用，使油滴粒径变大而出水。铁盐和铝盐是常用的絮凝剂，混凝效率比盐析高，处理设备比物理法简单；通过调节乳化液废水的pH值在3-4之间，油水界面的表面活性剂与酸反应生成水不溶性物质，从而实现破乳。