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吸附法进行油水分离是利用亲油性材料，吸附废水中的溶解油及其它溶解性有机物。常用的吸油材料是活性炭，可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。由于活性炭对油的吸附容量有限（一般为30～80mg/g)），成本高，再生困难，通常只用作含油废水多级处理的后处理，出水含油质量浓度可降至0.1～0.2mg/L 。
由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。 炼油厂含油废水，先经隔油、气浮和生物处理，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1 mg/L（经生物处理后）降至0.005mg/L，含氰量从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L 降至18mg/L。

重金属污染物中以汞的毒性大，当汞进入人体内，就会破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成。活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高，可以先用化学沉淀法处理，处理后含汞约1mg/L，高时可达2~3mg/L，然后再用活性炭做进一步的处理。

利用微生物的新陈代谢，将吸附在活性炭上的污染物质氧化降解的方法称作生物再生法。活性炭的孔径一般只有几纳米，微生物很难进入其孔隙内部，通常微生物细胞酶可以流至细胞胞外，通过活性炭对酶的吸附，在炭表面形成酶促中心，分解污染物，达到再生的目的。生物法的投资和运行费用相对较低，但再生时间较长，水质和温度对再生效果的影响很大。同时，微生物处理污染物的选择性很强，且一般不能将所有的有机物分解成CO2和H2O，其中间产物仍残留在微孔中，多次循环后再生效率会明显降低。