Процесс тонкослойного отстаивания в нефтеловушках происходит в многоярусных отстойниках, где рабочий объём разделён наклонными пластинами на отдельные зоны отстаивания — ярусы. 25

Процесс работает следующим образом: 1

1. Поток воды поступает в пространство, разделённое параллельными пластинами тонкослойного модуля на ярусы. 1
2. При движении рабочего потока между пластинами выделяется тонкодисперстная нефть и загрязнения в виде шлама. 1
3. Частицы нефти всплывают к верхним пластинам тонкослойного модуля, укрупняются и поднимаются вверх по образующим пластинам. 1
4. Затем частицы поднимаются на поверхность воды в нефтеловушке. 1
5. Шлам, выделяющийся на образующих пластинах тонкослойного модуля, сползает на дно нефтеловушки. 1
6. Со дна нефтеловушки шлам сгребается скребковым транспортером и перемещается в шламоуплотнитель, из которого удаляется через патрубок выгрузки шлама. 1
7. Задержанная в нефтеловушке нефть удаляется через поворотную трубу. 1
8. Поток очищенной воды после тонкослойного модуля проходит под полупогружённой перегородкой и переливается через водослив в отводящий лоток, из которого отводится за пределы нефтеловушки. 1

Отстаивание загрязнений в тонких слоях потока жидкости протекает быстро, поскольку путь движения осаждающихся частиц в 10–50 раз короче, чем в ёмкостных отстойниках. 2