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為了克服這一缺陷,在20世紀50年代，研究人員開發了雙層濾料,即在石英砂濾層上部放置一層粒徑較大、密度較小的輕質濾料,使用較早也較廣泛的輕質濾料是無煙煤。后來使用的輕質濾料還有人工陶粒、人工合成纖維等。雙層濾料過濾在一定程度上提高了濾速和過濾效率,增加了床層截污容量,延長了過濾周期。雙層濾料體現了水先通過粗粒濾料后通過細粒濾料的理想濾層的概念。基于理想濾層的原理,3層濾料,即在雙層濾料下部再加一層密度大、粒徑小的濾料。這最下一層濾料一般用石榴石、磁鐵礦等。3層濾料比雙層濾料床層結構更為合理。三層濾料是沿著雙層濾料的思路追求理想濾層的結果。隨后又出現了四層濾料]和5層濾料。
沿著過濾的水流方向,濾層中濾料的粒徑從大到小遞減,顆粒間孔隙也沿水流方向從大到小遞減。依此推演,濾料層數越多,濾層結構越合理,越符合理想濾層的概念。然而在實際應用中存在許多問題,如相鄰兩層濾料間的混雜和濾料流失[26],加之濾料來源有限,加工復雜等因素,生產中所采用的仍然是雙層和3層濾料。
雙層和三層濾料濾床實質上不過是兩個或3個不同的單層濾料濾床串聯組成,而每層內仍存在水力篩分作用,主要擔負截污作用的仍為表面部分。20世紀80年代以來,開發應用的均粒濾料在很大程度上解決了非均粒濾料存在的問題,過濾速度、過濾效率及床層截污容量都得到了明顯。