本发明公开了一种在线循环油水分离排放系统，包括在线油水分离循环系统、污水回收系统、排水系统、带人机界面的PLC电气控制系统和集水井，所述在线油水分离系统包括置于集水井中的深度污水收集装置和油水分离系统，所述深度污水收集装置通过管路与油水分离系统相连，在深度污水收集装置出水管路上设有污油水泵，在油水分离系统的入口处设置一在线油份浓度监测分析仪，并在接入和接出油水分离系统的管路上各设有一自动流量控制阀，所述排水系统包括入口位于集水井底部的排水泵；所述PLC电气控制系统与排水泵、污油水泵和污油回收泵电路连接。本发明能自动循环运转以保证集水井水分始终处于达标排放状态，整个系统占地面积小，制造成本低。