在常規水處理過程中，過濾一般是利用粒狀和非粒狀濾料對流動水流中的懸浮顆粒施加一定的限制，而流動的水流繼續向前流動，將懸浮物拋棄使水獲得澄清的工藝過程。

水流自上而下通過濾料層時，水中顆粒的運動過程可分為三個階段：

一階段為顆粒遷移，被水流攜帶的顆粒由于攔截、沉淀、慣性、擴散、水動力等物理力學作用，脫離水流流線向濾料顆粒表面靠近；

二階段為顆粒黏附，由于物理化學作用，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黏附的顆粒上；

三階段為顆粒脫落，在黏附的同時，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人水中，被下層濾料截留，避免了污泥局部聚積，使整個濾料的截污能力得以發揮。

因此，過濾主要是懸浮顆粒與濾料顆粒之間黏附作用的結果，過濾機理可以歸納為以下三種作用。

一是阻力截留。當原水自上而下流過粒狀濾料層時，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越小，截污能力變得越來越高，結果逐漸形成一層主要由被截留的固體顆粒構成的濾膜，并由它起主要的過濾作用。這種作用屬于阻力截留或篩選作用。篩選作用的強度主要取決于表層濾料的較小粒徑和水中懸浮物的粒徑，并與過濾速度有關。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。原水通過濾料層時，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濾料表面。重力沉降強度主要與濾料直徑和過濾速度有關。濾料越小，沉降面積越大，濾速越小，則水流越平穩，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，并進而吸附帶負電荷的黏土和多種有機物等膠體，在砂粒上發生接觸絮凝。在大多數情況下，濾料表面對尚未絮凝的膠體還能起到接觸碰撞的媒介作用，促使凝聚過程發生。

在實際過濾過程中，上述三種機理往往同時起作用，只是依條件不同而有主次之分。對粒徑較大的懸浮顆粒，以阻力截留為主，由于這一過程主要發生在濾層表面，通常稱為表面過濾。對于細微懸浮物，以發生在濾料深層的重力沉降和接觸絮凝為主，稱為深層過濾。

均粒石英砂濾料有過濾周期長、濾后水質好、過濾水頭損失增長小的優點，能較好地克服表面堵塞，從而充分提高過濾效率，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電荷或不經濟性，人們通過在石英砂濾料表面附著不同功能的物質來改善石英砂濾料表面的性質。

石英砂改性濾料是在普通石英砂濾料表面通過化學反應涂上一層改性劑（通常為金屬氧化物和氫氧化物），從而改變原濾料顆粒表面的物理化學性質，以提高濾料對某些特殊物質的吸附能力，達到改善出水水質的目的。

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

①去除細菌、濁度。William P.Johnson 和Brvce.E.logon研究了改性濾料對細菌的吸附效果，認為由于細菌帶負電，表面涂以氧化鐵的石英砂改性濾料優于未涂石英砂濾料和表面沉淀了有機物的石英砂濾料。

②去除鐵、錳。烏克蘭基輔建筑工業大學的一個課題組研究發現，在鐵、錳的去除過程中，使用改性濾料是改善濾料成熟前出水水質，縮短成熟期的有效途徑之一。

③去除銅、鋅。中國臺灣大學在石英砂上涂以硝酸鐵溶液，可以去除進水中含銅離子濃度0.64~3.2mg/L。同濟大學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，發現pH值大于9時，涂鋁砂除鋅率達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砷。中國臺灣Wen-huiKuan等在各種pH值條件下進行四價和六價硒的去除，硒的去除率.隨pH值的減小而增加，但對四價硒的去除效率明顯比六價硒高。同濟大學高乃云教授用氧化鐵涂層去除水中的氟、砷，發現低pH值時，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。印度工業學院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物，發現去除效率直接和涂在濾料表面的改性劑的量有關，并隨著溶液pH值的降低而增強。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，可以生產出一種較理想的水處理濾料一球形輕質陶粒。用于曝氣生物濾池處理城市污水的試驗表明，這種濾料具有很高的處理效率，具有強度大、孔隙率大、比表面積大、化學穩定性好、生物附著力強、掛膜性能良好、水流流態好、反沖洗容易進行的優點。

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