在过滤过程中，悬浮杂质颗粒既存在迁移和黏附机理作用，使杂质颗粒到达滤料表面并黏附在滤料表面上，同时又存在脱落机理作用，使杂质颗粒从滤料（无烟煤滤料、石英砂滤料、陶粒滤料）表面脱落下来。
在实际过滤过程中，完全不可能达到所有滤料层都能发挥作用，往往是下层滤料截留悬浮颗粒的作用未得到充分发挥，过滤就被迫停止，其原因为当滤料进行反冲洗时，由于水力筛选的结果，向上流动的水流速度足以把滤料层拖起来，使整个滤料层中的砂粒处于悬浮状态。这样处于悬浮状态的砂就会自动重新按小颗粒在上、大颗粒在下的顺序排列，这一现象称为水力分级现象。
冲洗完毕后，滤料虽然恢复到原来的厚度，但无烟煤滤料的水力分级作用却留下来，即在沿滤料层的厚度方向上滤料自然排列成小粒径在上大粒径在下的分布状态。
分级滤料层在过滤时有以下两个不利之处。
是由滤料层中孔隙大小沿滤料层厚度的分布规律引起的。由于分级作用，使小颗粒滤料在上，大颗粒滤料在下，这样滤料颗粒间的孔隙从滤料层顶部到底部也是按从小到大的顺序排列的。这样对过滤造成两方面的缺陷：一方面是上部滤料层由于孔隙小，能容纳的悬浮固体也就比下部滤料层能容纳得少，使整个滤料层的纳污能力不均匀，另一方面，水流通过上部滤料层的阻力比下部滤料层大，在截留悬浮杂质颗粒后变得更严重。
是由悬浮杂质颗粒沿滤料层厚度的分布规律引起的。因为悬浮杂质颗粒在滤料层中的分布是从顶部到底部呈指数关系递减的，这样就突出了下列矛盾：在孔隙率较小的顶部，滤料层要容纳的悬浮杂质颗粒的量较大，而孔隙率较大的底部滤料层容纳的悬浮杂质颗粒的量却较小。其后果是滤池由于滤料层顶部迅速地被悬浮杂质颗粒堵塞，水头损失迅速上升，在过滤的水头损失达到允许值时，整个滤料层截留悬浮杂质颗粒的能力未能发挥出来。
总之，滤料水力分级使表层滤料粒径较小，孔隙率较小黏附比表面积较大，截留的悬浮杂质量较多，而过滤到一定时间后，表层滤料间的孔隙将逐渐被堵塞，甚至产生机械筛滤作用在滤料表面形成一层泥膜，使过滤水头损失剧增。会产生以下不良后果：在一定的过滤水头下，过滤速度剧减（即等水头变速过滤），这样导致过滤水量急剧减少，或者在一定的过滤速度下，水头损失达到了上限值（即变水头等速过滤），当过滤的水头损失达到较大值时，如果滤池仍然继续运行，过滤的速度将比预定值不断降低，这是不允许的，无烟煤滤料滤池需要停止过滤；或者即使过滤的水头损失未达到预定较大值，但因滤料层表面截污量不均匀，造成滤速不均匀，会导致滤料层表面受力不均匀而使泥膜产生裂缝，容易使杂质从裂缝中流出，导致悬浮杂质颗粒穿过滤料层而出现滤出水的浊度或者其他水质参数不合格时滤池也需要停止过滤；或者当连续过滤的时间过长，例如50h、60h，即使水头损失在允许的范围内，水质也仍然合格，也需要停止过滤，主要是防止无烟煤滤料颗粒黏着的悬浮杂质颗粒物过于紧密，反冲洗时不易冲洗下来。
环境科学家等采用d80=1.1mm、d10=0.55mm、k30=2.0的单层滤料，滤层厚750mm，用直径为150mm、高2.5m的有机玻璃过滤柱对人工配制的浊度为50-100度的原水混凝后进行直接过滤，结果发现，在过滤周期内滤料表层（250mm）总厚度三分之一的滤料层增加的水头损失占整个滤料层增加水头损失的92.5%，且滤料层较表面50mm厚增加的水头损失占总增加水头损失的67.5%，下一层厚200mm中增加的水头损失占总增加水头损失的25%，而滤料层水头损失的增加是由于滤层中截留杂质造成的，有理由认为上部250mm滤层截留了过滤水中绝大部分污物。
当过滤周期结束后，滤料层中所截留的悬浮杂质颗粒量在滤层深度方向变化很大。滤料层含污量是指单位体积滤料中所截留的杂质量，在一个过滤周期内，如果按整个滤料层计，单位体积滤料中的平均含污量称为滤料层含污能力，单位为g/cm3或kg/m3。在滤料层厚度一定的情况下，如果悬浮颗粒量在滤层深度方向的变化越大，表明下层滤料的截污作用越小，就整个滤料层而言，滤料含污能力越小，反之亦然。
根据以上分析，滤料层粒径上细下粗是造成滤料层杂质分布不均匀的主要根源。单层滤料直接过滤截污分布规律表明单层砂滤池在实际运行中，存在着过滤周期短、反冲洗水量大、产水量低的现象。
