本发明公开一种多相油水分离装置以及使用该装置的方法，其至少包括：自然沉降部分，由循环水进水口以及第一收油机构成，循环水由所述进水口进入，自然沉淀后由设置在上部的第一收油机收集循环水中的轻油；斜板聚结部分，由上部收油区以及安装在下部的斜板聚结区构成，上部收油区容纳自然沉淀的轻油，斜板聚结区聚结循环水中的重油；气浮分离部分，由设置在上部的第二收油机，中部的溶气释放器，安装在下部的斜板聚结区以及出水口构成，第二收油机收集斜板聚结区的上部收油区以及气浮分离部分的轻油和浮油，溶气释放器产生气泡分离循环水中的浮油，斜板聚结区聚结循环水中的重油，分离后的循环水由出水口流出。本发明可广泛应用于兰炭、油页岩等行业，既可作为循环水的油水分离装置，也可作为循环水或熄焦水达标排放的预处理系统。