在常規(guī)水處理過(guò)程中，過(guò)濾一般是利用粒狀和非粒狀濾料對(duì)流動(dòng)水流中的懸浮顆粒施加一定的限制，而流動(dòng)的水流繼續(xù)向前流動(dòng)，將懸浮物拋棄使水獲得澄清的工藝過(guò)程。

水流自上而下通過(guò)濾料層時(shí)，水中顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可分為三個(gè)階段：

一階段為顆粒遷移，被水流攜帶的顆粒由于攔截、沉淀、慣性、擴(kuò)散、水動(dòng)力等物理力學(xué)作用，脫離水流流線向?yàn)V料顆粒表面靠近；

二階段為顆粒黏附，由于物理化學(xué)作用，水中懸浮顆粒被黏附在濾料顆粒表面上，或黏附在濾料表面原來(lái)黏附的顆粒上；

三階段為顆粒脫落，在黏附的同時(shí)，已黏附在濾料上的懸浮顆粒在水流剪切力的作用下重新進(jìn)人水中，被下層濾料截留，避免了污泥局部聚積，使整個(gè)濾料的截污能力得以發(fā)揮。

因此，過(guò)濾主要是懸浮顆粒與濾料顆粒之間黏附作用的結(jié)果，過(guò)濾機(jī)理可以歸納為以下三種作用。

一是阻力截留。當(dāng)原水自上而下流過(guò)粒狀濾料層時(shí)，粒徑較大的懸浮顆粒首先被截留在表層濾料的空隙中，從而使此層濾料間的空隙越來(lái)越小，截污能力變得越來(lái)越高，結(jié)果逐漸形成一層主要由被截留的固體顆粒構(gòu)成的濾膜，并由它起主要的過(guò)濾作用。這種作用屬于阻力截留或篩選作用。篩選作用的強(qiáng)度主要取決于表層濾料的較小粒徑和水中懸浮物的粒徑，并與過(guò)濾速度有關(guān)。懸浮物粒徑越大，表層濾料粒徑和濾速越小，就越容易形成表層篩選膜，濾膜的截污能力也越高。

二是重力沉降。原水通過(guò)濾料層時(shí)，眾多的濾料表面提供了巨大的沉降面積。水中顆粒由于自身的重力作用或慣性作用而脫離流線被拋向?yàn)V料表面。重力沉降強(qiáng)度主要與濾料直徑和過(guò)濾速度有關(guān)。濾料越小，沉降面積越大，濾速越小，則水流越平穩(wěn)，這些都有利于懸浮物的沉降。

三是接觸絮凝。由于濾料具有很大的表面積，它與懸浮物之間有明顯的物理吸附作用。此外，砂粒在水中常帶有表面負(fù)電荷，能吸附帶正電荷的鐵、鋁等膠體，從而在濾料表面形成帶正電荷的薄膜，并進(jìn)而吸附帶負(fù)電荷的黏土和多種有機(jī)物等膠體，在砂粒上發(fā)生接觸絮凝。在大多數(shù)情況下，濾料表面對(duì)尚未絮凝的膠體還能起到接觸碰撞的媒介作用，促使凝聚過(guò)程發(fā)生。

在實(shí)際過(guò)濾過(guò)程中，上述三種機(jī)理往往同時(shí)起作用，只是依條件不同而有主次之分。對(duì)粒徑較大的懸浮顆粒，以阻力截留為主，由于這一過(guò)程主要發(fā)生在濾層表面，通常稱(chēng)為表面過(guò)濾。對(duì)于細(xì)微懸浮物，以發(fā)生在濾料深層的重力沉降和接觸絮凝為主，稱(chēng)為深層過(guò)濾。

均粒石英砂濾料有過(guò)濾周期長(zhǎng)、濾后水質(zhì)好、過(guò)濾水頭損失增長(zhǎng)小的優(yōu)點(diǎn)，能較好地克服表面堵塞，從而充分提高過(guò)濾效率，氣水反沖洗效果好。目前，一般污水處理廠的濾料大多采用普通石英砂濾料，也有部分陶粒濾料和無(wú)煙煤濾料。但由于這些濾料本身具有局限性，如其比表面積有限、中性條件下表面帶負(fù)電荷或不經(jīng)濟(jì)性，人們通過(guò)在石英砂濾料表面附著不同功能的物質(zhì)來(lái)改善石英砂濾料表面的性質(zhì)。

石英砂改性濾料是在普通石英砂濾料表面通過(guò)化學(xué)反應(yīng)涂上一層改性劑（通常為金屬氧化物和氫氧化物），從而改變?cè)瓰V料顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)，以提高濾料對(duì)某些特殊物質(zhì)的吸附能力，達(dá)到改善出水水質(zhì)的目的。

改性石英砂濾料在重金屬離子、水中陰離子型有害物質(zhì)及水中有機(jī)物和微生物的過(guò)濾去除方面都取得了一些試驗(yàn)研究成果。

①去除細(xì)菌、濁度。William P.Johnson 和Brvce.E.logon研究了改性濾料對(duì)細(xì)菌的吸附效果，認(rèn)為由于細(xì)菌帶負(fù)電，表面涂以氧化鐵的石英砂改性濾料優(yōu)于未涂石英砂濾料和表面沉淀了有機(jī)物的石英砂濾料。

②去除鐵、錳。烏克蘭基輔建筑工業(yè)大學(xué)的一個(gè)課題組研究發(fā)現(xiàn)，在鐵、錳的去除過(guò)程中，使用改性濾料是改善濾料成熟前出水水質(zhì)，縮短成熟期的有效途徑之一。

③去除銅、鋅。中國(guó)臺(tái)灣大學(xué)在石英砂上涂以硝酸鐵溶液，可以去除進(jìn)水中含銅離子濃度0.64~3.2mg/L。同濟(jì)大學(xué)高乃云教授分別用氧化鋁涂層砂和氧化鐵涂層砂去除水中的金屬鋅，發(fā)現(xiàn)pH值大于9時(shí)，涂鋁砂除鋅率達(dá)100%。

④去除砷、硒、氟。日本ShigeruMaeda等用氫氧化鐵改性石英砂有效地去除了五價(jià)砷。中國(guó)臺(tái)灣Wen-huiKuan等在各種pH值條件下進(jìn)行四價(jià)和六價(jià)硒的去除，硒的去除率.隨pH值的減小而增加，但對(duì)四價(jià)硒的去除效率明顯比六價(jià)硒高。同濟(jì)大學(xué)高乃云教授用氧化鐵涂層去除水中的氟、砷，發(fā)現(xiàn)低pH值時(shí)，涂鐵砂能非常有效地去除水中的氟和砷。

⑤去除鎘、鉻和氰化物。印度工業(yè)學(xué)院Jiban K.Satpathy將石英砂濾料涂以硝酸鐵，分別在不同的pH值條件下從鍍鎘、鉻廢水中去除鎘、鉻和氰化物。

⑥去除有機(jī)污染物。YujungChang和ChiWangLi用表面涂鐵的石英砂和橄欖石去除天然有機(jī)物，發(fā)現(xiàn)去除效率直接和涂在濾料表面的改性劑的量有關(guān)，并隨著溶液pH值的降低而增強(qiáng)。他們還指出這種濾料的比表面積是未涂層濾料的40~50倍。

以天然陶土為主要原料，摻加適量的化工原料，可以生產(chǎn)出一種較理想的水處理濾料一球形輕質(zhì)陶粒。用于曝氣生物濾池處理城市污水的試驗(yàn)表明，這種濾料具有很高的處理效率，具有強(qiáng)度大、孔隙率大、比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好、生物附著力強(qiáng)、掛膜性能良好、水流流態(tài)好、反沖洗容易進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)。

近年來(lái)多孔陶瓷濾料用于廢水處理也已發(fā)展起來(lái)。由于多孔陶瓷特殊的結(jié)構(gòu)，當(dāng)濾液通過(guò)時(shí)，其中的懸浮物、膠體物和微生物等污染物質(zhì)被截留在過(guò)濾介質(zhì)的表面或內(nèi)部，同時(shí)附著在污染物上的病毒等也一起被截留。該過(guò)程是吸附、表面過(guò)濾和深層過(guò)濾相結(jié)合的過(guò)程，且以深層過(guò)濾為主。表面過(guò)濾主要發(fā)生在過(guò)濾介質(zhì)的表面，多孔陶瓷起一種篩濾的作用，大于微孔孔徑的顆粒被截留，被截留的顆粒在過(guò)濾介質(zhì)表面產(chǎn)生架橋現(xiàn)象，形成了一層濾膜。深層過(guò)濾發(fā)生在多孔陶瓷內(nèi)部，由于多孔陶瓷孔道的迂回，加上流體介質(zhì)在顆粒表面形成的拱橋作用、慣性沖撞的影響，過(guò)濾精度有所提高。