一种从含油废水中分离轻质油的多级分离系统，包括脱轻油蒸馏塔，脱轻油蒸馏塔设有脱水废油入口，脱轻油蒸馏塔内底部设有加热盘管，加热盘管由再沸器提供热源，脱轻油蒸馏塔顶部通过管道与第三冷凝器输入端连接，第三冷凝器输出端通过管道与分液罐罐顶连接，分液罐上部设有分离罐输送管道，分离罐输送管道用于连接分离罐；分液罐罐底通过管道与脱轻油蒸馏塔灌顶连接，且分液罐与脱轻油蒸馏塔之间的管道上设有输送泵和开关阀。本系统将含油废水脱水后，然后有效地分离了含油废水中的轻质油，将剩余的废油排送至下个工艺。