由于有些地面水源水質變差和飲用水水質的要求提高，在常規的水處理基礎上，自來水廠的處理工藝都向深度處理發展，活性炭因其強吸附性能而應用于自來水的深度處理，很多國家的水廠都采用了此項工藝。
20世紀60年代以前，臭氧氧化法被當作與加氯消毒相應的一種消毒方法。后來發現在水廠采用氯消毒時，會造成氯與水中有機物形成三氯甲烷的危害。然而研究表明，用臭氧氧化法時，當臭氧量不足會產生對人體有害的誘變劑和致癌物。
國際上較普遍采用臭氧技術，廣泛應用此技術的當屬法國。投加臭氧的位置有兩種，一種是在濾池之后，主要作消毒劑使用；另一種是在原水中投加一次，在普通濾池之后、活性炭濾池之前再加一次。一次投加作為消毒劑用，二次投加起生物活性炭的作用。
我國有些水廠開始應用臭氧與活性炭濾池聯合使用的生物活性炭法。實踐表明，有如下作用：能去除水中溶解的有機物；能降低UV的吸收值，降低水中總有機碳（total organic carbon，TOC）、化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）及氯的含量；能降低進水中三鹵甲烷前體；對色度、鐵、錳、酚有去除效果；能使致突變實驗（Ames）試驗為陽性的水分顯陰性。
顯然，生物活性炭法是當前去除水中有機物的方法中較為有效的一種深度處理方法，但此法的應用因其耗電量較大等缺點而受到限制。
活性炭用于去除致臭物質，早已有之，而且常常成為較有效的處理方法。1978年美國環境保護局（EPA）曾建議美國的所有城市，當供水人口大于75000人時，給水處理系統都須使用顆粒活性炭。美國環保委員會為了保護飲水不被苯、甲苯、氯仿等有機物所污染，曾投資150萬美元建造了兩座活性炭吸附裝置，每個吸附塔一次填裝顆粒活性炭9t，每天可處理飲水100萬加侖（3.78541×106L）。
粉狀活性炭有如下幾種投加方式：可在沉淀以前投加或者隨后在進入快濾池之前投加，這兩種投加方式都需要使活性炭有足夠長的接觸時間；也可分別由兩個或更多的投加點投加；也可使用流化床裝置。在較大的裝置中，可用塵埃控制干加系統投加活性炭，也可用水加炭的炭漿投加，投加量控制在5-50mg/L之間。
粉狀活性炭的使用通常是一次性的，雖然粉炭便宜，但消耗大，應考慮到經濟效益和環保問題，也有必要回收利用。例如：有一種氧化法能成功地將活性污泥/粉狀活性炭的糊狀物予以再生。
粒炭的使用日漸增多，其再生損耗不超過5%。但也有使用強度差、便宜的粒炭，用過的廢炭有可能重新加工成為粉炭。粒炭以裝在凈化工序之后為佳，其好處是：一些有機物質已由混凝和沉淀（澄清）工藝去除，既減輕了活性炭的負擔，又延長了操作壽命；降低了活性炭被顆粒狀雜質和混凝劑絮體的堵塞程度。