水处理滤料

19世纪以来，细砂就是饮用水的过滤材料。从利用细砂的大面积慢滤池已发展到使用颗粒无烟煤覆盖细砂的更紧凑的快滤池。新一代过滤剂使用了两层或三层不同的矿物，包括石榴石、无烟煤滤料、锰砂、沸石等滤料。

滤砂过滤作用

滤砂滤池含有粒径为0.3mm的细砂，通常在600-1000mm,滤水速度约0.1-0.2m/h，滤砂上部水深为2-3m。由于流速缓慢，所以需要一个大面积的滤池。因此，在大型水厂中，每0.4公顷（约足球场大小）就需要20-30层滤层，日产量高达50万立方米（吨）饮用水。

滤砂是典型的次棱角状的褐色或黄色石英砂。浑圆状或球状的纯质石英砂不能使用。过滤期间，滤砂颗粒的大小仍是混合的，不会发生分选和分层作用。由于残留有细粒杂质，所以滤池会发生堵塞。但是，更重要的是，在滤砂中和顶部20-30mm处会产生一个生物层，称之为脏物层。由于它具有占性网状结构，所以可进行高效过滤，从水中除去90%以上的细菌以及较大的杂质颗粒和微生物。数星期后由于滤层发生了堵塞，水便不能很快的通过滤池，这时，要铲去滤池顶部20-30mm的砂层使滤池得到清洗。除去的滤砂经冲洗后原地保存。由于每次清洗后滤层的厚度都会减少，所以当降到一个临界点，即滤砂仅为300mm厚时，过滤质量就不能得到保证。因此必须掺入冲洗过的备用滤砂，使之重新恢复到原有的厚度。对任何滤池而言，这个掺砂过程每隔2.5至3.5年就要进行一次。

快砂过滤作用

约100年前，美国人乔治·富勒采用滤砂池以5m/h的速度进行试验，其过滤速度比慢砂滤池快了50倍。这些快砂滤池使用粗砂（0.5-1.0mm）,深度同样为750mm。这个设计仍保留了普通标准，尽管流速已达到15m/h。

富勒的设计是为了减少滤池的面积，并且产生化学污垢层，它们由氢氧化铝或氢氧化铁构成，通过加入水解盐类（如硫酸铝或氯化铁）将它们从水中沉淀出来。通常在一天内流动速度越快，滤池就堵塞得越快。因此，富勒采用一个清洗工序即通过向上部注入干净的水带走沉淀物，然后利用一台大型机械搅拌机将砂层中的沉淀物和砂分离出来，这个称为回洗的清洗工序，已更加完善。现采用向上层砂和水吹气泡，可以除去沉淀物（气冲），用回冲水将脏物冲入特殊的洗水槽。对于每天进行的冲洗工序，所使用的过滤物质必须是耐用和耐磨的。

多层砂滤作用

约60年前，美国人采用碎无烟煤充当快砂滤池的过滤材料，进行了多次试验。推动该发明的动力是认识到一系列由粗至细的滤层有利于延长过滤冲洗的时间。将粗砂置于细砂之上是不稳定的，因为在回冲期间，更重的粗砂将沉至底部。因此，需要较粗但质轻的滤砂置于细砂上部。

无烟煤的密度比滤砂低。所以发明了两层设计，这样在回冲时就不会冲走较轻的无烟煤。颗粒形态在过滤和回冲性能中起着重要的作用。可以对过滤材料的球度进行测定，球形为1.0，非球形小于1.0.滤砂具有典型的球度为0.8-0.9，但碎无烟煤是棱角状的，球度为0.65-0.75。在实际中不同物质构成的滤层都可扩展为三层结构，其中大多数含有粗无烟煤—中粒砂—细石榴石，多层滤层的概念在工业上是可行的。