本发明公开了一种油气水处理系统的分离装置，包括：加热部；负压分离部，其位于加热部的下游，负压分离部内设置一负压分离室，负压分离室设置一疏油过滤层将该负压分离室分隔为呈上下布置的上腔室和下腔室，下腔室出口排出油和微小颗粒的混合物，上腔室出口排出油气水中的气体和气态的水的混合物；过滤部，用于滤掉所述微小颗粒，其出口排出油；水气分离部，其包括依次设置的增压部和降温部，排出的油气水中的气体和气态的水的混合物经所述增压部和降温部后进行分离。该分离装置的分离效果较为理想。