要从理论上理解原油破乳和污水净化的机理，应该先认识表面活性剂和乳状液形成，原油乳化的原因和破乳机理等方面进行探讨。
1表面活性剂
表面活性剂是指某些有机化合物，它们不仅能溶于水或其它有机溶剂，同时又能在相界面上定向排列，并改变界面的性质。表面活性剂应具有下列特点：
(1) 双亲性结构：从化学结构上看，表面活性剂分子中应同时具有亲油性(或憎水性)的碳氢键和亲水性的官能团；
(2) 溶解度：表面活性剂至少应溶于液相中的某一相；
(3) 界面吸附：表面活性剂溶质在界面上的浓度要大于在溶液整体中的浓度；
(4) 界面定向：表面活性剂分子在界面上会定向排列成分子层；
(5) 生成胶束：当表面活性剂溶质在溶剂中的浓度达到一定时，它的分子会产生聚集而生成胶束，这种浓度的极限值称为临界胶束浓度(简称CMC)；
(6) 多功能性：表面活性剂的溶液通常具有多种复合功能。例如；清洗、发泡、乳化、破乳、增溶、分散等。
从理论上来说，可作为表面活性剂的化合物很多，工业化生产的表面活性剂品种已有数千种之多，按分子结构中带电性的特征可分为阴离子型、非离子型、阳离子型和两性表面活性剂四大类。
阴离子表面活性剂：亲水基团带有负电荷。这类表面活性剂最具代表性的就是直链烷基苯磺酸盐。
非离子表面活性剂：在分子中没有带电荷的基团，而其水溶性则来自于分子中所具有的聚氧乙烯醚基和端点羟基。
阳离子表面活性剂：亲水基团带有正电荷，季铵盐就是阳离子表面活性剂的代表。两性表面活性剂：在分子中同时具有可溶于水的正电性和负电性基团。分子的两性结构使它具有某些特殊的功能，如可以与上述任何一类表面活性剂相配伍。
2表面活性原理
表面活性剂的应用特性取决于它们在表面上、界面上以及溶液中的各种性质。这些性质都与表面活性有密切的关系。
A)表面和界面现象
两相接触部分为面接触。三相接触部分则是一条线，而四相或四相以上的多相接触则是点接触，在表面活性化学中，占主导地位的是液相与其它相之间的接触面。
对含有乳化剂的体系进行物理化学理论分析，可以反映出表面活性剂具有以下性能：
(1) 当某一相颗粒变小时，其相表面积会迅速增大。所以，上述体系中的乳化相、悬浮相及气相与表面活性剂溶液相互接触的部分均有相当大的表面积。
(2) 由于只有两相接触时才能形成面接触，因此，对上述的液一液一固一气相体系的分析就可分解为一系列两相界面特性的分析，也就是表面活性剂溶剂与
乳化相，与悬浮相以及与气相这样三个两相界面问题的分析。
(3) 表面活性剂必须能改善悬浮相与乳化相之间的相互接触，这样才能保证整个多相体系的稳定。
(4) 被分散的各相都与表面活性剂溶液间进行分子交换，这种交换是一种动态的平衡，通过这样的平衡达到被分散的各相之间的平衡。
B)表面能和表面张力
(1)气一液界面的表面能
每一单位液体表面积对应一定量的自由能称为表面自由能。增加表面自由能需要消耗功，其结果是使液体的表面积增大。纯液体力图保持最低能量状态，也就是保持一种表面积最小的几何形状。
(2)液一液界面的界面能
两种相互不溶的液体界面上每一单位面积对应着一定量的自由能，称为界面自由能。增加界面积就需要加入能量，而界面本身力图保持最小的界面积。对乳状液进行破乳就是一种降低表面积的例子．
(3)表面和界面张力
一般认为，液体的表面层受到一种平行于表面层张力的作用，这种张力称为表面张力。要想是液体的表面伸展，就必须抵抗这个使表面缩小的力。表面张力就以液体的表面伸展一个单位面积所需单位长度的力来表示。同样，界面张力则是指液一液界面伸展一个单位面积所需单位长度的力，在数值上与界面自由能相等。
3原油乳状液的类型和鉴别方法
两种(或两种以上)不互溶(或微量互溶)的液体，其中一种以极小的滴滴分散于另一种液体中，这种分散体系称为乳状液。乳状液都有一定的稳定性。
原油和水构成的乳状液主要有两种类型：一种是以水为分散相分散于原油之中，称为油包水乳状液，用w／o表示；另一种是以油为分散相分散于水中，称为水包油乳状液，用o／w表示。
除油田开采高含水期外，世界上所遇到的油水乳状液绝大多数属于油包水型乳状液，其内相水滴的直径一般在O．1微米以上。
油水乳状液的类型可用染色法、冲淡法、电导法和显微镜观察等方法确定。染色法是在乳状液中加入少量只溶于油、不溶于水的染料，轻轻摇动，若整个乳状液呈现染料的颜色，则说明连续相是油，即为w／o型。若只有分散的液滴呈染料的颜色，则说明分散相为油，即为o／w型。冲淡法是根据乳状液易为连续相液体所冲淡的特点来确定乳状液的类别。鉴别方法是将两滴乳状液分开放在玻璃板上，取形成乳状液的两种液体一油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻搅拌，易于和乳状液掺和者则为连续相介质。电导法是利用油和水的电导不同来判断乳状液的类型。原油的电导能力很差，因此测定电导可确定乳状液连续相为何种液体所构成。此外，利用原油和水的透光性的差别，在显微镜下也容易确定乳状液内相介质的类型。
4原油乳状液的生成机理
将煤油和水激烈搅拌，虽能使一种液体搅拌成极微小的颗粒分散子另一种液体中形成乳状液，但停止搅拌后，内相颗粒在周围液体分子热运动的撞击下发生不断改变方向的无秩序运动，即布朗运动，使内相颗粒相互碰撞、合并，很快油水就会发生分层，即所得到的乳状液稳定性很差。若向油一水系统中加入第三种物质后，经过搅拌能得到稳定的乳状液，则把这种乳状液稳定的物质称为乳化剂。
由于乳状液形成的一系列过程发生在油一水界面上，应由溶液的表面物理现象入手，研究乳化剂使乳状液稳定的机理。
当水中有某种物质后，溶质种类和它在水溶液中的浓度对水溶液表面张力的影响分为三种类型。一使当水中逐渐加入某物质时，溶液的表面张力随溶液浓度的增加稍有升高：二是溶液的表面张力随溶液浓度的增加而降低；三是在水中加入少量的某物质时，溶液的表面张力急剧下降，至某一浓度之后，溶液的表面张力几乎不随溶液浓度的增加而变化。
凡是能使溶液表面张力升高的物质，称为表面惰性物质。凡是能使溶液表面张力降低的物质，皆可称之为表面活性物质。习惯上，只把那些溶于少量就能显著降低溶液表面张力的物质称为表面活性剂。
从分子结构观点看，表面活性剂的分子都同时含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。当活性剂分子被吸附于油水界面上取代了原有的液体分子时，按极性相似规则，其极性部分被极性很强的水分子吸引，有竭力钻于水内的趋势，而非极性部分被非极性分子所吸引，力求钻于油相。当表面活性剂浓度不大时，活性剂分子未占满油水界面，故随活性剂浓度的增加，界面上活性剂分子数增加，油水界面张力成比例下降。当活性物质浓度达到饱和吸附值，即油水界面全部被活性剂分子占有时，油水界面张力几乎不再随活性剂浓度的增加而下降。
表面活性剂吸附在油一水界面上形成吸附层，使油水界面张力下降，乳状液稳定性得到一定程度的增加。
要形成稳定的乳状液必须具备以下条件：
(I) 系统中必须存在两种以上互不相溶的液体；
(2) 要有强烈的搅拌，使一种液体破碎成微小的液滴分散于另一种液体中；
(3) 要有乳化剂的存在，使微小液滴能稳定存在于另一种液体中。
原油中含水并含有某些天然乳化剂是生成乳状液的内在因素。原油中所含的天然乳化剂主要有胶质，沥青质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫有机物、石蜡、粘土、沙粒等，它们中的多数具有亲油憎水性质，因而一般生成稳定的W／O型乳状液。
原油和水在地层中向井底流动时，其流速很慢，一般不会产生乳状液．当油水混合物沿油管由井底向地面流动时，随着压力的降低，溶解在油中的伴生气不断析出，气体体积不断膨胀，从而会对油水产生破碎和搅动作用。当油、气、水混合物通过油嘴时，流速猛增，压力急剧下降并伴随着温度的降低，使油水充分破碎，形成稳定的乳状液。