Cùng với trị số pH, khí oxi hòa tan là yếu tố thủy hóa quan trọng xác định cường độ hàng loạt quá trình sinh hóa xảy ra trong môi trường nước. Với khả năng hoạt động hóa học mạnh, oxi hòa tan trong nước là một hợp phần rất linh động, sự phân bố theo không gian và biến đổi theo thời gian của nó chịu tác động của hàng loạt hiện tượng và quá trình, trong đó đáng kể nhất là quá trình tương tác của nước, khí quyển, hoạt động của thủy sinh vật, mức độ ô nhiễm của nước…Chính vì vậy oxi hòa tan trong nước được xem là một trong những yếu tố chỉ thị cho khối nước, cho nhiều quá trình lý hóa xảy ra trong đó, đồng thời nó còn được sử dụng như một chỉ tiêu cơ bản để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường, nhất là ô nhiễm chất hữu cơ.
Tất cả các sinh vật đều phụ thuộc vào oxi dưới dạng nào đó để duy trì quá trình trao đổi chất đáp ứng sinh sản và phát triển. Lượng oxi hòa tan trong nước rất ít, với nước sạch, độ hòa tan của oxi ở 0oC, 1atm là 14,6 ppm.
Chỉ số DO thấp có nghĩa là nước có nhiều chất hữu cơ, nhu cầu oxi hóa tăng nên tiêu thụ nhiều oxi trong nước. Chỉ số DO cao chứng tỏ nước có nhiều rong tảo tham gia quá trình quang hợp giải phóng oxi, thậm chí đạt trên mức bão hòa (nếu đạt giá trị 200% được gọi là siêu bão hòa). [16]
Về mặt hóa học, oxi không tham gia phản ứng với nước, độ hòa tan oxi vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ. Ngoài ra còn phụ thuộc vào tiêu hao oxi do quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ do vi khuẩn hiếu khí, sự bổ sung oxi do quá trình quang hợp, hao hụt oxi do quá trình hô hấp của động vật trong nước và chiều sâu của nước.
Bảng 1.6. Chỉ số DO trong nước ở áp suất 1atm và các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ o C 0 5 10 15 20 25 30 Nước ngọt (ppm) 14,6 12,8 11,3 10,2 9,2 8,4 7,6 Nước biển (ppm) 11,3 10,0 9,0 8,1 7,1 6,7 6,1
1.3.14. Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD: biochemical oxygen demand)
Nhu cầu sinh hóa là lượng oxy mà sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước. Đơn vị tính theo mg/l.
Chất hữu cơ + O2 vi khuẩn CO2 + H2O + tế bào mới
Oxi cần cho quá trình này là oxi hòa tan trong nước. Quá trình oxi hóa sinh học xảy ra rất chậm và kéo dài.
Chỉ số BOD chỉ ra lượng oxi mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxi hóa các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm, chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước ô nhiễm càng nhiều.
Trong thực tế không thể xác định lượng oxi cần thiết để vi sinh vật oxi hóa hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước, chỉ xác định được lượng oxi cần thiết để vi sinh vật oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong 5 ngày ở nhiệt độ 20oC trong buồng tối, kết quả được biểu thị bằng BOD5. [16, 26]