在废水处理中，活性炭吸附主要用于特种工业废水处理、废水深度处理或再生处理等，处理的主要对象是废水中用生化法难以降解的有机物或用一般氧化法难于氧化的溶解性有机物包括木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、除秀剂、 DDT 等。当用活性炭对这类废水进行处理时，它不但能够吸附这些难分解的有机物，降低 cod 还能使废水脱色、脱臭，把废水处理到可重复利用的程度。所以吸附法在废水的深度处理中得到了广泛的应用。
在处理流程上，吸附法可与其他物理化学法联合，组成所谓的物化流程，如先用混凝沉淀过滤等去除悬浮物和胶体，然后用吸附法去除溶解性有机物。吸附法也可与生化法联合，如向曝气池投加粉状活性炭；利用粒状吸附剂作为微生物的生长载体或作为生物流化床的介质；或在生物处理之后进行吸附深度处理等，这些联合工艺都在工业上得到了应用。
炸药废水中含有硝基苯类有机物，如三硝基甲苯（ TNT ）等污染物，因其生物降解性差，难于采用生物处理，但硝基苯类有机物的活性炭吸附性能较好，可以采用活性炭吸附法进行处理。例如，某TNT炸药废水处理厂的原水含 TNT 250mg/ L 和硫酸0.5%，先经过沉淀池、调节池和砂滤器，然后用颗粒活性炭吸附柱去除 TNT ，出水再经石灰石中和、CO2脱气池和沉淀池后排放，最终出水TNT<0.5mg/ L , pH 值为6~9，吸附饱和的活性炭用热再生炉再生。颗粒活性炭用于废水深度处理或再生处理主要是去除一般的生物处理和物化处理单元难以去除的微量污染物质，例如，我国部分炼油与石化企业的废水处理，在隔油、气浮、生物处理的基础上再增加砂滤和颗粒活性炭吸附处理，以提高处理水质，处理后的水作为工业用水进行回用。
