5.乳化剂的选用原则
根据HLB值选择
软饮料种类多，成分复杂，要求乳化剂具有的特性也各不相同，因此可首先按食品的特性要求，选择具有相应HLB的乳化剂。Www.Pinwenba.Com 吧
相似相溶原则
根据软饮料中主要成分的结构特征，在具体选用乳化剂时可选择与其有类似结构的乳化剂，也可以使用两种或两种以上乳化剂混合使用。
透光度测定法
乳化剂的乳化作用越强，形成的乳状溶液越稳定，其透光度越低。因此在确定某种软饮料最适合的乳化剂及用量时可采用透光度测定法。
增稠剂
是指能够改善食品的物理性状、提高食品黏度或形成凝胶的一类添加剂。增稠剂种类很多，分天然和合成两大类。天然增稠剂多从含多糖类黏质物的植物和海藻类制取，如淀粉、果胶、琼脂、瓜尔豆胶、海藻酸等。也有从含有蛋白质的动物制取，如明胶、酪蛋白等，以及从微生物制取的黄原胶、环状糊精等。合成增稠剂主要有CMC、藻酸丙二醇酯、变性淀粉等。
目前，允许使用于食品中的增稠剂：琼脂、明胶、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、果胶、卡拉胶、阿拉伯胶、黄原胶、海藻酸丙二醇酯、罗望子多糖胶、羧甲基淀粉钠、淀粉磷酸酯钠、羟丙基淀粉、乙酰化二淀粉磷酸酯、羟丙基二淀粉磷酸酯、磷酸化二淀粉磷酸酯、甲壳素、微晶纤维素、黄蜀葵胶、亚麻籽胶、田菁胶、聚葡萄糖等。
软饮料中常用的增稠剂主要是：琼脂、明胶、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、果胶、黄原胶、海藻酸丙二醇酯、卡拉胶、环状糊精等。
琼脂：为白色至浅黄色薄膜带状或碎片、颗粒及粉末；不溶解于冷水，但在冷水中可吸水20倍以上而膨润软化；溶解于沸水；使用前应当预先用冷水浸泡10h以上，再稀释、加热、搅拌、溶解。在pH值4~10范围内，其凝胶强度变化不大，但pH值小于4或大于10时，凝胶强度下降；本品耐热性较强，但长时间加热或酸度过高，也会导致凝胶力消失。
明胶：为白色至浅黄色半透明微带光泽的薄片状或颗粒；不溶解于冷水，但在冷水中可吸水5~10倍或以上而膨胀软化；溶解于热水；长时间加热，会引起分解加快，凝固力下降甚至消失。因此，使用时加热温度不宜超过82℃。
羧甲基纤维素钠：为白色或浅黄色纤维性粉末；易分散于水中成为胶体溶液；耐热性较好；本品在pH值7左右时需要适量使用。
海藻酸钠：为白色至黄色纤维状粉末，溶于水而成黏稠状胶体液；黏性在pH值6~9时最稳定，80℃以上时黏度降低。使用时不宜用水直接冲稀，应当在搅拌下缓慢撒入水中，待静置到颗粒湿透时再加热、搅拌至全溶。配制溶液要求用软化水，宜现配现用。
果胶：为白色至黄色的粉末，溶于20倍水中成为乳白色黏稠状胶体液，呈弱酸性，耐热性强，不溶于乙醇等有机溶剂。在酸性条件下比在碱性条件下稳定。使用时不宜用水直接冲，常用8倍以上的砂糖与之充分拌匀后，再用90℃热水搅拌、再搅拌，使之充分溶解，然后再混入到配料中。宜现配现用。高甲氧基果胶在可溶性糖的含量大于60%、pH值2.6~3.4内可形成不可逆性凝胶，凝胶强度随甲氧基含量的增大而增大，凝胶速度随浓度、含糖量、酸度的增大而增大，胶凝温度随冷却温度和pH值的降低而降低；低甲氧基果胶在低钙浓度下软而黏、几乎透明，随着钙浓度的增加，逐渐变硬、变脆、变浊，对糖酸含量及比例要求不严格；凝胶强度在pH值为3和5时最大，pH值为4时最小；温度越低，凝胶强度越大；凝胶临界温度为30℃，故果冻等产品应当贮存在25℃以下。
黄原胶：为浅黄至淡棕色粉末；易溶于水；耐酸碱；其溶液对大多数盐类具有极佳的配伍性和稳定性，添加氯化钠和氯化钾等电解质，可提高其黏度和稳定性，钙、镁等二价盐类也具有相似效应。可赋予饮料爽口感，使不溶解的成分良好地悬浮，防止浑浊果汁的沉淀于分层。
海藻酸丙二醇酯：为白色至浅黄色纤维状粉末或粗粉；溶于水；在pH值2~3时最稳定，pH值＞6.5时则分解；能与明胶反应制成具有渗透性的不溶于水的膜。
GB2760-2011规定，本品可用于乳及乳制品，其最大使用量为3.0g/kg；也可用于淡炼乳和植物蛋白饮料中，其最大使用量为5.0g/kg；还可用于冰激凌、啤酒及麦芽饮料中，其最大使用量分别为1.0g/kg、0.3g/kg和0.3g/kg。
卡拉胶：按照不同结构，卡拉胶可分为7种类型，在食品工业中常用的有κ-卡拉胶、ι-卡拉胶、λ-卡拉胶。本品为白色或浅褐色颗粒或粉末；溶于80℃热水。采用巴氏杀菌时宜选用λ-卡拉胶；生产牛奶凝胶宜选用κ-卡拉胶加ι-卡拉胶。用于可可牛奶的参考量为0.25g/kg；用于牛奶凝胶的参考用量为2~3g/kg；脱脂牛奶中常添加0.2~0.4g/kg；酸牛奶中常使用0.2~0.3g/kg的κ-卡拉胶并添加1~2g/kg的刺槐豆胶。
六、防腐剂与抗氧化剂
1.防腐剂
防腐剂是指对微生物具有杀灭、抑制或阻止生长作用的食品添加剂。
在酸性软饮料中，引起败坏的主要微生物是酵母。这是因为酸性情况下细茵不易繁殖，而霉菌在氧供应不足的情况下，也受到抑制，所以只有酵母易于生存。为防止酵母引起的败坏，果汁饮料有加热杀菌的工序，若同时使用防腐剂，则可在一定程度上降低加热杀菌条件而使制品品质提高。对碳酸饮料，除其本身构成的酸性环境外，也要加防腐剂以保证确能防止酵母及其他微生物可能引起的败坏作用。
我国食品添加剂使用标准中，对苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、二氧化硫等已做了规定。此外，国外尚广泛使用对羟基苯甲酸酯类。
苯甲酸及苯甲酸钠
苯甲酸为白色有光泽的片状或针状结晶；性质稳定；有吸湿性。使用时应当注意以下性质：本品在100℃开始升华，酸性条件下易随水蒸气挥发。因此，应当注意饮料配料时的加料顺序，常常先加热，再加苯甲酸，最后加酸度调节剂。苯甲酸难溶解于常温水，故常常使用苯甲酸钠。苯甲酸杀菌效果最好的pH值2.5~4.0，在此范围内完全抑菌的最小浓度为0.05%~0.1%。
苯甲酸钠为白色颗粒或结晶性粉末；易溶于水；溶于乙醇；pH值3.5时，0.05%的浓度便可完全阻止酵母生长。1g苯甲酸钠相当于0.847g苯甲酸。
山梨酸及山梨酸钾
山梨酸为无色单斜晶体或白色结晶性粉末；耐光、耐热；但长期置于空气中则会氧化变色；水溶液加热可随水蒸气挥发；难溶于水，溶于乙醇等；本品为酸性防腐剂，在pH值8以下防腐作用稳定，pH值越低，抗菌作用越强；对霉菌、酵母和其他耗氧菌有明显的抑制作用。使用时应当注意以下三方面的问题：本品适用于酸性食品；宜在加热结束后添加，以免随水蒸气挥发；难溶于水，应当采用合适的方法使其溶解、分散。
山梨酸钾为无色至浅黄色鳞片状结晶或结晶性粉末；与山梨酸相比，其最大的优点在于它易溶于水，因此被广泛应用。
对羟基苯甲酸酯类
对羟基苯甲酸甲酯钠为白色吸湿性粉末。易溶于水，呈碱性。
对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐为无色细小结晶或白色结晶粉末；微溶于水，易溶于乙醇、花生油；防腐力强；在pH值4~8范围内有良好的抗菌效果。其最大优点在于其发挥作用的pH值范围较广。
对羟基苯甲酸丙酯及其钠盐为无色细小结晶或白色结晶性粉末；难溶于水；易溶于乙醇等；防腐力比对羟基苯甲酸乙酯强；在pH值4~8范围内有良好的抗菌效果，其发挥作用的pH值范围较广。
2.抗氧化剂
食品因氧化所引起的变质，已屡见不鲜。加工方法中也相应地采取了一系列对策。如脱氧、充氮、防止金属离子混入起催化作用等等，以减少氧化作用的发生。但微量氧以至溶解氧的完全除去是困难的，为保持加工食品的品质，进一步降低氧化作用引起的变质，在食品加工中通过使用抗氧化剂的方法，以尽可能将氧化作用降低到最低限度。在使用抗氧化剂的同时，往往还要使用金属离子螯合剂，以提高其抗氧化效果。这些金属离子螯合剂隶属于抗氧化剂的增效范畴。
抗氧化剂有油溶及水溶之分，软饮料生产中使用的是水溶性的抗氧化剂，如抗坏血酸、异抗坏血酸、亚硫酸盐类、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶等。抗氧化剂的增效剂则主要是使金属离子特别是铁离子和铜离子螯合，不再促进氧化作用的一些成分，如许多有机酸都可具有一定程度的这种作用。
油溶性抗氧化剂包括：叔丁基对羟基茴香醚、2，6-二叔丁基对-甲酚、没食子酸丙酯、叔丁基对苯二酚。
水溶性抗氧化剂包括：抗坏血酸及其盐类、茶多酚、葡萄糖氧化酶、芦丁、儿茶素、迷迭香提取物等天然抗氧化剂。
第三节 饮料用水及水处理
一、饮料用水的水质要求水是饮料生产中占比例最大的成分，是饮料生产中最重要的原料之一，占85%~95%，甚至有的软饮料本身就是水，如瓶装水，因此，水质的好坏，直接影响成品的质量，由于生产所用水源各不相同，如天然水、自来水等，一般都不符合饮料用水要求，须进行各种处理后，方可达到要求，因此，全面了解水的各种性质，对于饮料用水的处理工作具有重要意义。
1.饮料用水的水源分类及其特点
地表水
地表水是指地球表面所存积的天然水，包括江水、河水、湖水、水库水、池塘水和浅井水等。地表水在地面流过，其特点是水量丰富，由于其流经的环境不一样，故其中所含的杂质也不尽相同，含有较多的黏土、沙、水草、腐殖质、钙镁盐类、其他盐类及细菌等，而矿物质较少，这类水的硬度约为1.0~8.0毫克当量／升。地表水水质不稳定，受自然因素影响较大，所含杂质会随地理位置如发源地、上游、下游和季节的变化如雨季、旱季等而发生改变。
应当指出，江河水不一定全部是地表水，其中部分可能是地下水穿过土层或岩层而流至地表。所以江河水除含有泥沙、有机物外，还有多种可溶性盐类，我国江河水的含盐量通常为70~990mg/L。
地下水
地下水是指经过地层的渗透和过滤，进入地层并存积在地层中的天然水。主要包括深井水、泉水和自流井水等。由于经过地层的渗透和过滤而溶入了各种可溶性矿物质，如钙、镁、铁的碳酸氢盐等，地下水一般含盐量为100~5000mg/L。硬度约为2~10mmol/L，有的高达10~25mmol/L，但由于水透过地质层时，形成了一个自然过滤过程，地质层可滤去大部分的悬浮物、水草、藻类、微生物等，所以它很少含有泥沙、悬浮物和细菌，水质比较澄清。
自来水
主要是地表水经过适当的水处理工艺，小的杂质及细菌指标已达到饮用水的标准。其特点是水质好且稳定；水处理设备简单，容易处理，一次性投资小；但水价高，经常性费用大。使用时注意控制Cl-、Fe3+的含量以及碱度、微生物含量。由于饮料厂多数设在城市，多以自来水为水源，故在此也作为水源考虑。
2.饮料用水的水质要求
饮料用水，除应符合我国生活用水卫生标准外。当水样检出总大肠菌群时，应进一步检验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群；水样未检出总大肠菌群时不必检验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群。b.放射性指标超过指导值，应进行核素分析和评价，判定能否饮用。
二、软饮料用水的处理
水处理目的：除去水中的固体物质；降低硬度和碱度；杀灭微生物；排除所含气体。
水处理的定义：由于软饮料用水要求极为严格，因此必须对不符合软饮料用水要求的水质进行改良，这个过程称为水处理。
水处理的工艺流程：根据水源及水质情况而定，一般有：
若是地表水：地表水→混凝沉淀→过滤→软化→杀菌→处理水
若是地下水：地下水→过滤→软化→杀菌→处理水混凝与过滤
取一杯混浊的水进行观察。首先发现一些粗大颗料迅速沉淀，水逐渐澄清，但在一定时间以后，水就不容易进一步澄清。有时还带有颜色和臭味，此现象是由于细小悬浮物和胶体所致。
要解决此问题，水处理过程中有两种方法：
一种是在水中加入混凝剂，使水中细小悬浮物及胶体物质互相吸附结合成较大的颗粒沉淀出来，此过程称混凝。
另一种方法是将细小悬浮物和胶体物质直接吸附在一些相对较大颗粒表面而除去，即吸附过滤。若两种途径并用时，则过滤过程在混凝过程之后。
1.混凝
理论依据：胶体物质之所以能在水中能保持悬浮或分散不易沉降的稳定，其原因是同一种胶体的颗粒带有相同电性的电荷，彼此间存在着电性斥力，使颗粒之间相互排斥。使得它们不可能互相接近并结合成大的团粒，因而不易沉降。添加混凝剂后，胶体颗粒表面电荷被中和，破坏了胶体稳定性，促使小颗粒变成大颗粒而下降，从而达到澄清的目的。
混凝剂
水处理中常用的混凝剂是铝盐和铁盐：铝盐混凝剂主要有明矾［KAl2］·12H2O或K2SO4·Al23·24H2O，硫酸铝、碱式氯化铝等，铁盐包括硫酸亚铁、硫酸铁及三氯化铁等。
①明矾
硫酸钾铝［KAl2·12H2O］或［K2SO4Al23·24H2O］是一种复盐。在水中Al23发生水解作用生成氢氧化铝胶体。
Al232Al3++3SO2-4
Al3++H2OAl2++H+
Al2++H2OAl+2+H+
Al++H2OAl3↓+H+
氢氧化铝溶解性很小，经聚合，以胶体状态从水中析出，在近乎中性的天然水中，氢氧化铝带正电荷，而天然水中的自然胶体物质大都带负电荷，如此两者发生电性中和作用与吸附。在中和与吸附的共同作用下，水中的胶体微粒逐渐凝聚成大的絮状物沉淀下来，在沉淀过程中，可将其他悬浮物裹带同时下沉。
在使用明矾时要注意以下几点：
水的pH值一般在6.5～7.5。pH值过高或过低都会使氢氧化铝溶解，致使水中铝离子残留量上升。
水温一般要求在25℃～35℃。在一定温度范围内，水温上升，混凝剂溶解速度加快，混凝作用加强，生成的絮凝物量增加，有利于水中的杂质沉淀去除；水温下降，则相反。但当水温高于40℃时，生成的絮凝物细小，不利于沉淀；水温高于50℃时，则根本失去混凝作用。
搅拌，刚加入混凝剂时应快速搅拌，以利于氢氧化铝胶体的形成，并扩散到水中各部位及时同水中的杂质作用。当絮凝物开始形成后，不宜快速搅拌，否则絮凝物被搅散，不利于沉淀。
明矾的加入量一般为0.001％～0.02%。
②硫酸铝
硫酸铝［Al23］水溶液的pH值为4.0～5.0，加入水中的反应原理与明矾相同。因其是强酸弱碱盐，故水解时会使水的酸度增加，而水解产物氢氧化铝是两性化合物，水的pH值太高或太低都会促使其溶解，结果使水中残留的铝离子增加。
当pH<5.5，氢氧化铝表现为明显的碱性。Al3+H+Al3++H2O
当pH≥7.5，氢氧化铝表现为酸性。开始有偏铝酸根生成。
Al3+OH-AlO2-+2H2O
当pH≥9，水中不再有氢氧化铝存在。
当pH在5.5~7.5间时，生成的氢氧化铝最多，因此，当使用Al23作为混凝剂经常用其他酸碱调节水的pH至6.5～7.5。
由于混凝过程不是单纯的化学反应，故用药量不是根据计算而是经验确定，采用Al23有效剂量为20～100mg/L，每投1mg/LAl23需加0.5mg/LCaO。
③碱式氯化铝
碱式氯化铝又称羟基氯化铝或聚合氯化铝，其分子式为［Al2nCl6-n］m。其中n＝1~5，m≤10。
碱式氯化铝，在水中由于羟基的架桥作用而和铝离子生成多核络合物，并带有大量正电荷，能有效地吸附水中带有负电荷的胶粒，电荷彼此被中和，因而与吸附的污物在一起形成大的聚体而沉淀除去。另外它还有较强的架桥吸附性能，不仅能除去水中悬浮物，还能使微生物吸附沉淀。
碱式氯化铝的一般用量0.005%～0.01%。
碱式氯化铝的优点有：
适宜pH值范围广，5～9之间，即使过量投入也不会造成水浑浊；
温度适宜性较强；
反应迅速，沉淀较快，投药量低；
对污染严重或高浊度、高色度的水可达到较好效果。
④铁盐
常用的是硫酸亚铁，俗称绿矾，另外也用氯化铁和硫酸铁。国内用于水处理的主要是前两种，铁盐在水中与碳酸氢钙发生反应产生了Fe3胶体，Fe3混凝作用及过程与铝盐相似。
绿矾作为混凝剂主要有以下特点：由绿矾生成的氢氧化铁胶体在碱性水中较稳定，故待处理水的pH值偏高时，对绿矾的混凝作用影响不大；氢氧化铁比同体积的氢氧化铝胶体重1.5倍，因此比氢氧化铝絮凝物的沉降速度快；水温对氢氧化铁影响不大。
由于Fe2氧化产生Fe3的反应在pH值＞8.0时才能完成，因此在水处理时需要加石灰去除水中的CO2。每投加1mg/LFeSO4，需要加0.37mg/L的CaO。用FeSO4·7H2O时有效剂量一般为0.1~0.5毫克当量/升，相当于14～70mg/L。
当pH值＞６时，铁离子与水中的腐植酸能生成不沉淀的有色化合物，所以对于含有机物多的水质进行处理时，铁盐是不适合的。
助凝剂
为了提高混凝的效果，经常需要加入一些辅助药剂，称助凝剂。助凝剂本身不起凝聚作用，仅帮助凝絮的形成，如用来调节pH值的碱、酸、石灰等。
常用的助滤剂有：活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、及化学合成的高分子助滤剂，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯等。有时水中混浊程度不足，为了加速完成混凝过程，还可以投入黏土。
其中聚丙烯酰胺是一种较新型的助凝剂，它是线型的高分子聚合物，具有吸附架桥及电荷中和作用，主要靠氢键来吸附水中的混凝剂与杂质微粒所形成的絮凝团以及单独存在的杂质颗粒，相互缠绕交联，形成复杂的聚合体并沉淀下来。
近来发展的有机混凝剂，多为丙烯酸的化合物，有带正电荷和带负电荷的两种。
混凝条件的确定：在确定混凝条件时，需考虑以下因素，即原水的状况，包括水温、pH及其他物理性质、化学性质；混凝剂的性状及添加量；助凝剂的性状及添加量；混凝沉淀的装置；混凝沉淀的工艺。总之，水处理时，应先小试，以确定最佳的混凝沉淀条件。
2.过滤
过滤是一种净化水的有效而重要的处理工艺过程，并且即使已达到饮用水要求的自来水，在作饮料用水的处理中，过滤仍是一种必不可少的处理工艺过程。因为当今的过滤不再是仅仅只除去水中的悬浮杂质和胶体物质。采用最新的过滤技术，还能除去水中的异味、颜色、铁、锰及微生物等物质，从而获得品质优良的水。
在过滤过程中，当过滤材料不同，过滤结果也不一样，如细沙、无烟煤常在结合混凝、石灰软化和水消毒的综合水处理中作为初级过滤材料，而对原水水质基本满足软饮料用水要求的，可采用砂棒过滤器，为除去水中的色和味，可采用活性炭过滤器等，还有精滤、超滤和反渗透等。
通过过滤可以除去以自来水为原水中的悬浮杂质、氢氧化铁、残留氯及部分微生物。自来水中的杂质，对采用敞开式配水的绝大多数自来水厂来说，这些杂质主要是来自大气环境、蓄水池，还有一些是人为的因素。
过滤也可以除去以井水为原水中的悬浮杂质、铁、锰及部分细菌。一般的地下水都是很清澈洁净的。有时出现了为数不多的杂质，是在取水或输水过程中所带入。
含铁量偏高的地下水，可以过滤前采用曝气的方法，用空气氧化使二价铁变成高价的氢氧化铁沉淀，然后通过过滤加以除去。
当原水中含锰量达0.5mg/L时，水具有不良的味道，会影响饮料的口感，所以必须除去。除锰的方法很多：可以先用氯氧化，使锰以二氧化锰的形式沉淀；也可添加氧化剂使锰快速氧化，以二氧化锰的形式沉淀。如果水中的含锰量不太高，可采用在滤料上面覆盖一层一定厚度的锰砂的处理方法，能获得很好的除锰效果。
过滤原理
当原水通过粒状滤料层时，其中一些悬浮物质和胶体物质被截留在孔隙中或介质表面上，这种通过粒状介质层分离不溶性杂质的方法称为过滤，过滤过程包括阻力截留、重力沉降和接触凝聚等过程。
阻力截留：单层滤料层中粒状滤料的级配特点是上细下粗，也就是，上层孔隙小，下层孔隙大，当原水由上而下流过滤料层时，直径较大的悬浮杂质首先被截留在滤料层的孔隙间，从而使表面的滤料的孔隙越来越小，拦截住后来的颗粒，在滤层表面逐渐形成一层主要由截留的颗粒组成的薄膜，起到过滤作用。
重力沉降：当原水通过滤层时，众多的滤料颗粒提供了大量的沉降面积，。当原水经过滤料层时，只要速度适宜，其中的悬浮物就会向这些沉淀面沉淀。
接触凝聚：表面积巨大的滤料沙粒，由于与悬浮物的微小颗粒之间的吸附作用，因此使得砂粒在水中带负电荷，能吸附带正电的微粒，形成带正电荷的薄膜，因而能使带负电荷的胶体凝聚在沙粒上。
以上3种过滤作用在同一过滤系统中是同时发生的。上述阻力截留主要发生在滤料表层的过滤，而接触凝聚和重力沉淀则是发生在滤料深层的过滤。
滤料层及垫层
①滤料的选择滤料是完成过滤作用的基本介质，其结构和性能决定去除杂质的效果。
良好的滤料对其基本要求为：
足够的化学稳定性，不溶于水，不产生有害和有毒物质。
足够的机械强度。
适宜的级配和足够的孔隙率。
常用的过滤介质有沙、石英砂、石头、无烟煤、磁铁矿、石榴石等。
所谓级配，就是滤料粒径的范围及在此范围内各种粒径的数量比例。由于不同粒径的滤料要互相承托支撑，故相互间要有一定的数量比，通常用d10、d80和K作为控制指标。
K＝d80/d10
式中：K—不均匀系数.
d80—80%滤料通过的筛孔直径.
d10—10%滤料通过的筛孔直径.
Ｋ越大，则粗细颗粒差别越大。Ｋ过大，各种粒径滤料互相补充，降低了孔隙率，对过滤不利。另一方面反冲时，过大的颗粒可能冲不动，而过小的颗粒可能随水流失。一般快滤池Ｋ＝2~2.2。
滤层的孔隙率，是指滤料的孔隙体积和整个滤层体积之比例。
②滤料层结构
作为适宜的滤料层结构应满足下列要求：
含污能力大。
产水能力或高。
适合以上条件的过滤池才能保证处理水的质量。
在通常情况下，过滤时水流方向多采用从上到下，便于保持较大的过滤速度及较好的反冲效果。在下流条件下，有两种截然不同的滤料结构：一种是粒径上细下粗，另一种是上粗下细，前一种结构的特点是孔隙上小下大，悬浮物截留在表面，底层滤料未充分利用，滤层含污能力低，使用周期短。后一种的特点与之相反。由此可见理想的滤料层结构是粒径沿水流方向逐渐减小。
但是，就单一滤料而言，要达到使粒径上粗下细的结构，实际上是不可能的。因为在反冲洗时，整个滤层处于悬浮状态，粒径大者，悬浮于下层，粒径小者，悬浮于上层。反冲洗停止后，滤料自然形成上细下粗的分层结构。为了改善滤料的性能，设计了采用两种或多种滤料，造成具有孔隙上大下小特征的滤料层。例如沙滤层上铺一层比重轻而粒径大的无烟煤滤层，这种结构称双层滤池。
双层滤池中，无烟煤相对密度为1.4~1.7，粒径选用0.8~1.8mm；石英砂相对密度为2.55~2.65，粒径选用0.5~1.2mm。煤层厚0.3~0.4m，沙层厚0.4~0.5m。当无烟煤相对密度为1.5，沙粒相对密度为2.65时，最大的煤粒和最小的沙粒直径之比不应大于3.2。
滤层总厚度一般为60~70cm，滤池穿透度深度40cm，相应的保护层厚度为20~30cm。滤池的容积视处理水量而定，一般维持沙层上水深1m，以防水质、水量的过度波动。
此外，还有一种混合滤料滤池，即在双层滤池下再添加一层粒径更小、密度更大的其他滤料，如石榴石、磁铁矿等，这样允许悬浮物穿透的更深，增加滤层的吸附表面积，进一步发挥整个虑层的吸附能力。
③垫层
为了防止过滤时滤料进入配水系统，以及冲洗时能均匀布水，在滤料层和配水系统之间设置垫层。对其要求为：
在高速水流反冲洗的情况下应保持不被冲动；
能形成均匀的孔隙以保证冲洗水的均匀分布。
材料坚固，不溶于水。
一般垫层采用天然卵石或碎石。沙粒的最大粒径为1～2mm，作垫层的最小粒径应选2mm。根据反冲洗可能产生的最大冲击力，确定垫层的最大粒径为32mm。
过滤的工艺过程基本上由两个过程组成，即过滤和反冲洗两个循环过程。
当过滤进行到一定阶段后，由于滤层中所含污泥数量增多，可能出现两种情况：
一是由于沙层中所含污泥逐渐饱和，水中悬浮物将穿透沙层，水质降低。
二是滤层孔隙逐渐变小，水头损失增大，此时需进行反洗，即用一定强度的水流逆流通过滤池，使滤层在上升的水流中逐渐膨胀到一定高度，由高速水流产生的剪切力使滤料吸附的悬浮物脱落下来并排除。
反洗效果取决于冲洗强度，过小，达不到剥离杂质所需的力量，过大，滤料层膨胀过度，则会减少单位体积内滤料间碰撞的机会，对反洗亦不利。
过滤方法
①砂石过滤
以砂石、木炭作过滤层，过滤层的厚度依水的混浊度而定，一般滤池从上至下的填充料为小石、粗沙、木炭、细沙、中沙等。滤层总厚度为70cm～100cm。过滤速度一般为5m/h～10m/h。通过对原水的过滤处理，可除去原水中的悬浮物质、胶体物质、铁、锰、部分微生物和余氯。砂石过滤器属深层过滤，过滤包括阻力截留、重力沉降和接触凝聚等作用。
②砂棒过滤
当处理水量不大，原水中硬度、碱度指标基本符合要求，只含少量有机物、细菌及其他杂质时，可采用砂滤棒过滤器。
砂滤棒过滤器的主要部件是砂棒，又名砂芯，采用细微颗粒硅藻土和骨灰等可燃性物质，在高温下焙烧，使其溶化，可燃性物质变为气体逸散，形成μm级的小孔，待处理水在外压作用下，通过砂滤的微小孔隙时，水中存在的少量有机物及微生物被微孔吸附截留在砂滤棒表面。滤出的水，可达到基本无菌。
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