Than hoạt tính thường được sử dụng trong xử lý nước để loại bỏ Clo dư hoặc các hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ mà than hoạt tính có thể loại bỏ từ nước uống thường là các acid hữu cơ khó phân hủy như humic, fulvic các chất hữu cơ này có thể phản ứng với Clo tạo nên chất trihalomethanes, một chất được biết đến với khả năng gây ung thư. Ngoài ra, than hoạt tính còn ứng dụng trong công trình xử lý nước thải nhằm loại bỏ các hợp chất hữu cơ, đạt yêu cầu xả thải. Tính năng tương tự các loại vật liệu xử lý nước khác, tuy nhiên than hoạt tính chỉ hiệu quả trong việc lọc bỏ các chất gây ô nhiễm và không có hiệu quả đối với các vấn đề khác ví dụ như vi khuẩn, natri, nitrat, fluoride, và độ cứng.

Than hoạt tính có nguồn gốc hữu cơ, phở biến là than hoạt tính dùng trong xử lý nước và nước thải được làm từ than đá (bituminous hoặc anthracite) và vỏ dừa. Carbon được hình thành khi các nguồn hữu cơ bị đốt cháy và còn lại khoảng 30% khối lượng ban đầu. Vật liệu carbon này phải tiếp tục được xử lý hoặc kích hoạt trước khi đem vào sử dụng trong công nghệ xử lý nước, mục đích là để tạo ra một số lượng lớn các lỗ trên vật liệu lọc. Cấu trúc lỗ là rất quan trọng, vì nó thể hiện diện tích bề mặt hấp thụ chất ô nhiễm của vật liệu lọc. Kích hoạt than hoạt tính có thể được thực hiện theo hai cách sau:

than hoat tinh trong xu ly nuoc

- Kích hoạt bằng hơi nước: việc kích hoạt được thực hiện ở nhiệt độ cao 800 – 1000 ° C dưới sự có mặt của hơi nước. Ban đầu, khí hóa của vật liệu carbon với hơi nước xảy ra một phản ứng gọi là phản ứng nước – khí. Không khí được thêm vào để đốt cháy khí mà không cần đốt cháy carbon, sau đó than hoạt tính được sàng lọc và phân loại. Than hoạt tính được sản xuất bằng cách kích hoạt hơi nước nói chung thể hiện một cấu trúc lỗ lọc tốt, lý tưởng cho việc hấp thụ các hợp chất từ pha lỏng và pha hơi.

- Kích hoạt bằng hóa chất: các nguyên liệu được ngâm tẩm với một tác nhân khử mạnh như axit phosphoric (P2O5) hoặc kẽm Clorua (ZnCl2) thành một hỗn hợp bột nhão và sau đó đun nóng đến nhiệt độ của 500 – 800 ° C để kích hoạt carbon. Than hoạt tính được sản xuất bằng cách kích hoạt Carbon sử dụng hóa chất nói chung thể hiện một cấu trúc mở cho lỗ lọc, lý tưởng cho việc hấp thụ các phân tử lớn.

Than hoạt tính cơ bản được sử dụng cho hai mục đích xử lý nước là nước sạch và nước thải, mỗi công trình sẽ được thực hiện theo các cách khác nhau

- Loại bỏ Clo: quá trình này yêu cầu một diện tích bề mặt lớn cũng như mức độ chất hữu cơ trong nước, tránh trường hợp than hoạt tính sẽ hấp phụ các chất hữu cơ này và không còn tác dụng cho việc hấp phụ Clo dư nữa, dẫn đến việc mất dần khả năng khử carbon và sự cần thiết phải thay thế than hoạt tính mới. Than hoạt tính có thể được tái kích hoạt nhiều lần, tuy nhiên điều này chỉ nên thực hiện và sử dụng trong trong các xử lý nước thải. Việc khử Clo diễn ra nhanh với lưu lượng lớn. Lợi thế của việc sử dụng than hoạt tính trong khử Clo có chi phí vận hành thấp, tuy nhiên có một bất lợi là khi than hoạt tính được lấy ra, các chất hữu cơ có trên than hoạt tính trong môi trường ẩm ướt sẽ là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn phát triển, đây là một vấn đề đáng quan tâm khi sử dụng than hoạt tính trong các ứng dụng y tế hoặc sử dụng trong tiền xử lý cho quá trình thẩm thấu ngược.

- Loại bỏ chất hữu cơ: loại bỏ các chất hữu cơ bằng cách hút và giữ các chất hữu cơ nhất định ( gọi là quá trình hấp phụ ) và cho nước đi qua nó. Quá trình hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố sau: tính chất vật lý của THT( diện tích bề mặt và phân bố kích thước lỗ lọc ), tính chất hóa học của nguồn Carbon hoặc số lượng Oxy va Hydro liên kết với nó, thành phần hóa chất và nồng độ các chất gây ô nhiễm, nhiệt độ và pH của nước, tốc độ dòng chảy và thời gian tiếp xúc của nước với thanh hoạt tính, và một số yếu tố khác.