本实用新型公开了一种油水聚结分离装置，该装置主体为卧式分离罐，一端设有进液口，另一端上、下方各设排油口和排液口，罐体内包含聚结滤芯和多级聚结填料。油水混合相由进液口进入分离罐后，首先流经聚结滤芯破乳，小油滴聚并为大油滴，再依次穿过两级聚结填料，油滴进一步聚结变大，最终在分离区形成连续性油膜，实现油水分离，比重较轻的油相从上方排油口溢出进入储油槽，除油后的水相经排液口排出。该装置用于水相溶液中非溶解性油的分离与去除，属物理性分离，对原溶液体系不产生破坏性影响，对乳化油和分散油有良好的分离效果。