還設置了兩臺各4000m³的調節均質罐，用來均質調節水量、水質和水溫的變化，降低來水的不均勻性對后續處理設施產生沖擊，并設置了均質循環泵來強化均質。離心脫水機均質調節罐設置在隔油池之后是防止污水中的泥砂沉入均質調節罐中。
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。
