粒状滤料过滤器的发展和改进途径
最先采用的粒状滤料过滤器是单层滤料下降流过滤器，其构造比较简单。这种过滤器存在的缺点是：滤层粒度分布不理想，上小下大，随滤水悬浮物的降低，滤料粒径增大，截污集中于滤层表面(表面过滤)，没有充分发挥滤层整体的截污能力(整体过滤)，因而周期短，反洗操作频繁，水头损失增长快，滤速不易提高，这样就降低了装置的经济性，对大容量净水系统不太适宜，滤水澄清度的安全性不高。此外，这类过滤器是间断运行的，需要定期进行反洗操作，其工作能力受到操作周期的限制。
针对这些缺点进行了如下几个方面的发展和改进：
①改变过滤的水流方向--上升流、双流、辐射流；
②选用适当粒度和密度的滤料配合--粗粒深层过滤、两层和三层等多层过滤、变孔隙过滤器；
③采用有效的清洗方式--表面清洗、风水合洗、机械搅拌、体外清洗；
④充分发挥表层过滤作用--漂浮滤料过滤器；
⑤过滤自动化--无阀滤池，虹吸滤池、活动板式或活动罩式自动滤池，各类滤池的反洗程序控制；
⑥连续式过滤装置。
过滤发展的一个重要方面是采用直接过滤。过去的过滤装置一般均作为澄清预处理的最后步骤。进水悬浮物浓度大于50mg/L时，一般需要经混凝沉淀处理。目前国外在过滤装置研究方面，非常重视发挥接触混凝的作用。不经混凝沉淀装置采用直接过滤或者在过滤装置的设计上包括了混凝沉淀单元操作。
随着过滤器的发展，使用的滤料种类越来越多。除过去使用的河砂、无烟煤滤料、石英砂、大理石、焦炭以外，还采用了石墨料、陶粒、缎烧的岩石、火山溶渣、石榴石、磁铁矿等。合成树脂(塑料)滤料是一种有发展前途的滤料，它可以根据需要制出工艺特性最为理想的滤料。
过滤器结构设计上的目标之一是采用强度高、分布均匀性好、结构简单的布水集水装置。有垫层者采用砾石、石英砂、陶瓷块或陶瓷球作为垫层，垫层下采用各种滤板(豆石滤板、圆钢或铸铁格栅、木格栅、混凝土过钢筋棍凝土穿孔板、三角槽开孔板、条缝式钢筋混凝土板)、各种滤砖(混凝土、黏土、陶瓷)和穹形多孔板，或者直接采用上述某些型式的小阻力排水装置。无垫层的大阻力排水装置包括多孔板加水帽、多孔板加滤布、鳍形管加水帽、鳍形管加滤布、鳍形管开缝、各种型式和材质的滤水帽，此外还有磁球式配水装
置等。
二、国外新型过滤装置
按照上述发展方向，国外设计了一些新型的过滤装置，如变孔隙过滤器。变孔隙过滤器是一种高速深床过滤器。它是20世纪60年代中期由英国Permutit-Boby水处理公司研制的，它基本上是一种粗颗粒砂滤器，一般采用1-1.5mm粗砂，加入2%左右约0.3mm的细砂，组成1.5-2mm的滤层，它利用深床过滤过程中悬浮颗粒在滤层孔隙里发生的同向絮凝作用促使小颗粒悬浮物变为大颗粒而易于除去。
因为变孔隙过滤器主要使用的是粗滤粒，所以是整体过滤，避免了用细滤料出现的表面过滤，也避免了悬浮物颗粒过早穿透，从而提高了截污能力，减少了滤层阻力，有可能提高滤速。又因为在滤层中加入少量细滤料，每次反洗之后用压缩空气混合，所以降低了粗滤料的局部孔隙率，这样就在不降低截污能力的前提下使絮凝效果提高。
根据絮凝机理，絮凝粒子的潜在尺寸特性取决于下述乘积。此乘积称为絮凝准数(Flocculation Criterion)。 GTrCo=13.4*1-e/e*L/d*Co
式中，G为速度梯度，s^-1；Tr为絮凝有效时间，s；Co为初始浓度，mg/L；e为滤层的孔隙率，%。L为停留区的滤层厚度，mm；d为滤料直径，mm。
上式说明絮凝的效果随孔隙率和滤料直径的减小而增加，随停留区滤层厚度和初始浓度的增大而增加，而与滤速无关。因此在不改变滤层厚度和颗粒直径的前提下，孔隙率的降低有助于提高絮凝效果。变孔隙过滤器滤层的组成正是这样选择的。即滤料的平均孔隙通道很大，以致在高滤速下不会产生孔隙堵塞，不会造成表面过滤。而加入有限量的细滤料(砂子或石榴石)均匀分散在整个滤层中，从而降低了粗滤料的局部孔隙率，促使细小悬浮颗粒的絮凝，而对整个滤层的总孔隙率影响不大(图5-18)，滤层的水力阻力增加不多。
变孔隙过滤器要保证正常运行，关键在于有效的清洗。清洗时不能将细滤料冲出，清洗之后仍保持粗细滤料适当的分布。变孔隙过滤器清洗的最重要步骤是空气擦洗和水反洗联合操作。空气从底部进入有一个单独的分配装置，以保证一定大小的气泡，使滤层充分搅动并去除附着的杂质。此时，虽然水的反洗流速低于最小浮动速度，但气水混合物的上升流速却大大超过最小浮动速度。混合擦洗之后，单独用水清洗。流速低于最小浮动速度。清洗时要求完全除去空气。
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