Actieve kool wordt vaak gebruikt om recalcitrante, niet biologisch-afbreekbare componenten te verwijderen uit afvalwater. De adsorptiecapaciteit van actieve kool ten overstaan van bepaalde moleculen zoals fenol, wordt groter als het te behandelen water hoge concentraties aan zuurstof bevat. Dat komt door de chemische oxidatie van de geadsorbeerde moleculen door de aanwezigheid van opgeloste zuurstof. De actieve kool fungeert daarbij als katalysator.
De toevoeging van zuurstof stimuleert de aangroei van bacteriën in het water. Bacteriën reduceren verontreiniging in het afvalwater. Normaal moeilijk biodegradeerbare moleculen worden eerst geadsorbeerd op de kool. Zo vertraagt het biodegradatieproces. Het PACT-proces (toevoeging van poeder-actieve kool aan een klassieke biologische waterzuivering) is een vergelijkbare toepassing.
Actieve kool is een uitstekend dragermateriaal voor bacteriën. De bacteriën vormen een biofilm op de actieve kool. Dat kan negatieve effecten hebben: de filter kan verstoppen door een overmatige groei van bacteriën. De aanwezigheid van anaerobe bacteriën kan door sulfidenvorming ook zorgen voor ongewenste geur en kleur. Maar rekening houdend met de aanwezige verontreiniging en CZV kan de groei van bacteriën zo gestuurd worden dat het resultaat positief wordt.