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双层机械过滤器是指在一台滤器桶体中装有无烟煤石英砂二种颗粒材质为滤料，上层为较粗粒径(1.2~2.0mm)的无烟煤滤料，下层为较细粒径(0.5~1.2mm)的石英砂滤料。过滤时，水流首先通过无烟煤滤层，水中所含的悬浮杂质机械地被截留在无烟煤表面，有的细小颗粒被水流逐渐带向下层，同时悬浮颗粒除了在较细的石英砂层堆积外，大量的悬浮粒子在无烟煤滤层中被吸附截留，逐渐形成立体沉淀物层，过滤过程中同样起着过滤作用。由此可知，双层机械过滤器运行中，过滤效果较单层滤料好，处理水量也随之增大。单层滤料(石英砂)过滤主要是在石英砂表面滤层内进行，过滤层面积小，水头损失大，悬浮粒子容易穿透，双层滤料(无烟煤-石英砂)过滤主要依靠较粗颗粒无烟煤层的吸附截留作用，形成沉淀物过滤层，增加了过滤面积，水头损失小，流速可以增大，又不易穿透，产水工作周期长。
煤碳是天然形成的，主要成分是有机碳化合物，煤粒基本上是非极性物质，其表面有许许多多大大小小的孔隙，实践证明，非极性的固体表面亲非极性的液体，而疏极性液体，又由于毛细管的作用，过滤时容易吸附截留水中的有机物，悬浮微粒，絮凝物等杂质，而非极性烃类油脂、油污等可以轻而易举地挤掉煤孔隙中原有的极性水分子，取而代之，使水得到净化。同时，无烟煤还具有一定除味脱色的作用，无烟煤所具有的的优异特性，十七成为工业净水中价廉物美的优良滤料。
无烟煤滤料在滤池中使用起到了净化水质的作用，但是由于无烟煤滤料的颗粒小，长时间使用就会有流失的情况，为了测试双层滤池无烟煤滤料在正常冲洗情况下的流失情况，用了200×200cm方模型进行试验，排水槽宽20cm、高56cm，排水槽面积占模型滤池面积的40%。滤料级配：无烟煤滤料比重1.47、粒径 1.11～1.76、厚30cm，比重2.77、粒径0.56～1.11mm、厚度40cm，混杂1cm，垫层2～64mm、厚40cm，试验用水库井水，水温0.5～28℃。
试验时无烟煤滤料一接触排水槽底，因过水断面突然缩小，即有无烟煤滤料颗粒上跃。冲洗强度再加大，跳动煤粒加高加多，可以见到无烟煤颗粒顺着排水槽两侧有个别流失。再稍一加大，煤粒突然大量跳出，流到排水槽中。试验结果看到膨胀面超过槽底一定的距离(约17cm)即膨胀面距排水槽顶35～40cm，可以不跑滤料。在实际运行当中，由于排水槽面积占滤池面积要小一些，膨胀面积离排水槽顶也可以小些，以控制不跑滤料。在生产当中滤池刚一冲洗时，滤层内会翻起许多磨茹云，容易带走无烟煤滤料。后来改变以前在冲洗前把水位只降到排水槽顶的办法，将水位降到距滤层顶上15～20cm，冲洗时先缓开冲洗闸，当冲洗水流到槽内见黄泥汤，但无滤料时，再用设计的冲洗强度冲洗，这种方法得到了效果。当然在冲洗时还要根据水温情况，掌握要求的冲洗强度。要注意防止冲洗管道积气及滤层内产生真空的现象。目前有关规范、指南、书籍有的已经注意到此种办法，并提出滤池 膨胀面要低于排水槽底，然而很多水厂在滤站冲洗上，不是在于习惯性，就是为图省事，还是只降水到排水槽顶就进行反冲，这样就常常跑失煤滤料。单一砂滤池在这种情况下，也会发生跑砂事故。
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无烟煤滤料国内外冲洗形式基本有三种，即高速度水冲洗、水冲洗加辅助冲洗和气冲加水冲洗。在国外，美国用高速度水冲洗较多，现在美国多用双层滤池，因此目前也转向用水冲洗加辅助冲洗或气冲加水冲洗。气水冲洗多用于欧洲，美国多用气冲后加较低速度的水冲洗方式，欧洲大陆因用粗砂滤料的多，因此基本都用空气和水同时冲洗的方式。苏联也有用气、水冲洗的。日本以前也用气、水冲洗以后因滤池使用较小粒径的滤料，改用了辅助冲洗加水冲洗。我国水厂绝大多数用高速度水冲洗，个别水厂也有用气、水冲洗，或用辅助冲洗加水冲洗。
一般滤层表面会含泥量大的单层滤池用辅助冲洗加水冲洗合适，滤层内部含泥多的如双层、多层及粗粒径滤池及直接滤池，以气、水冲洗好，但用此种方法，应特别注意不使滤料流失。双层滤池因为滤前水悬浮物深入到滤层，还可以采取两套旋转冲洗设备，一套在煤层上，一套在高于未膨胀前的煤砂滤料交界上的5cm处，据报告这种方法对双层滤池冲洗彻底。据有关一些资料介绍，一般冲洗到使滤层膨胀到25-30%的原滤层高度就可以，再高也没有用处，反会使冲洗效果不好，但是双层滤池冲洗时，要使滤层液化浮起，因为它与单一滤料滤层不同。单一滤料冲洗不需液化，只要将滤料上粘着物冲掉即可以，但双层滤池滤料要分层，所以必须液化。空气加水冲洗对于双层滤池较好，使用时许多资料认为以空气和水同时反冲为佳，但要注意控制冲洗程序、气量，以免造成煤滤料大量流失。
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