傳統(tǒng)的單層級配濾料因反沖洗時水力分級的影響，其粒徑分布呈現(xiàn)上小下大的“正粒度”排列，過濾過程中就會出現(xiàn)無煙煤濾料表層水頭損失增長迅速和濾后水中雜質(zhì)顆粒提前穿透兩種不利后果，其中任何一種都會縮短過濾周期、減少周期產(chǎn)水量，并因中下層濾料基本未發(fā)揮截污作用而造成濾料吸附能力的浪費。單層均質(zhì)濾料(K80<1. 5或K60 <1. 2)在某些程度上克服了濾料的整體或部分“正粒度”分布給過濾帶來的不良情況，因而水中的懸浮雜質(zhì)能滲入濾料層深處并被截留。但在實際應(yīng)用過程中，濾料需選用較大的粒徑，其相應(yīng)濾料層高度也需增加。即單層均質(zhì)濾料濾池在用粗濾料過濾的條件下，為保證過濾過程的正常進行，濾料層的厚度應(yīng)適當(dāng)增加，這種增加對新建濾池是易于實現(xiàn)的，但給老水廠原有生產(chǎn)濾池的挖潛改造帶來困難，因自來水廠各處理構(gòu)筑物之間的高程配合有相應(yīng)的要求。因此在不進行過多變動的情況下，經(jīng)濟有效地提高其過濾性能、調(diào)整濾料層結(jié)構(gòu)成為給水處理提高過濾效果的重要發(fā)展方向。
為了克服傳統(tǒng)單層級配濾料層水力分級和單層均質(zhì)濾料層厚度較大的缺陷，研究人員開發(fā)了雙層濾料和多層濾料。雙層濾料就是在濾層上部放置一層粒徑較大、密度較小的輕質(zhì)濾料。雙層濾料濾層過濾時，水先通過粗粒徑濾料，之后通過細粒徑濾料，這樣可增加濾料層的截污容量，延長過濾周期，體現(xiàn)理想濾料層的概念。使用較早也較廣泛的輕質(zhì)濾料是無煙煤，無煙煤濾料的密度比石英砂的密度小，粒徑比石英砂大，在反沖洗后無煙煤濾料仍保持在石英砂層上面。后來使用的輕質(zhì)濾料還有人工陶粒、人工合成纖維等。由于受到天然材料的限制，生產(chǎn)中所采用的仍然只有雙層和三層濾料。
對于濾料粒徑與濾料層厚度基本一致的兩種濾料層(單層濾料與雙層濾料)的優(yōu)劣問題，從原理上說，雙層濾料更接近于理想濾層，故在同樣過濾的條件下，雙層濾料比單層濾料的水頭損失增長較慢，因而工作周期較長。
