Dalam menentukan kualitas air bersih dikenal tiga parameter utama yaitu: Oksigen Terlarut (OT) atau Dissolved Oxygen (DO), Kebutuhan Oksigen Biologis (KOB) atau Biologycal Oxygen Demand (BOD), dan Kebutuhan Oksigen Kimia (KOK) atau Chemical Oxygen Demand (COD).
Oksigen merupakan parameter yang sangat penting dalam air. Sebagian besar makhluk hidup dalam air membutuhkan oksigen untuk mempertahankan hidupnya, baik tanaman maupun hewan air, bergantung kepada oksigen yang terlarut. Ikan merupakan makhluk air dengan kebutuhan oksigen tertinggi, kemudian invertebrata, sedangkan bakteri adalah yang terkecil kebutuhan oksigennya.
Keseimbangan oksigen terlarut (OT) dalam air secara alamiah terjadi secara berkesinambungan. Mikroorganisme sebagai makhluk terkecil dalam air, untuk pertumbuhannya membutuhkan sumber energi seperti unsur karbon (C) yang dapat diperoleh dari bahan organik dari tumbuhan dan ganggang yang mati, maupun oksigen dari udara.
Bahan organik tersebut oleh mikroorganisme akan diuraikan menjadi karbon dioksida (CO2) dan air (H2O). CO2 selanjutnya dimanfaatkan oleh tanaman dalam air untuk proses fotosintesis membentuk oksigen. Oksigen yang dimanfaaatkan untuk proses penguraian bahan organik tersebut akan diganti oleh oksigen yang masuk dari udara maupun dari sumber lainnya secepar habisnya oksigen terlarut yang digunakan oleh bakter atau dengan kata lain oksigen yang diambil oleh biota air selalu setimbang dengan oksigen yang masuk dari udara maupun dari hasil fotosintesis tanaman air.
Apabila pada suatu saat bahan organik dalam air menjadi berlebih sebagai akibat masuknya limbah aktivitas manusia (seperti limbah organik dari industri), yang berarti suplai karbon (C) melimpah, menyebabkan kecepatan pertumbuhan mikroorganisme akan berlipat ganda, yang berarti juga meningkatnya kebutuhan oksigen, sementara suplai oksigen dari udara jumlahnya tetap. Pada kondisi seperti ini, kesetimbangan antara oksigen yang masuk ke air dengan yang dimanfaatkan oleh biota air tidak setimbang, akibatnya terjadi defisit oksigen terlarut dalam air Bila penurunan oksigen terlarut tetap berlanjut hingga nol, biota air yang membutuhkan oksigen (aerobik) akan mati., dan digantikan dengan tumbuhnya mikroba yang tidak membutuhkan oksigen atau mikroba anaerobik. Sama halnya dengan mikroba aerobik, mikroba anaerobik juga akan memanfaatkan karbon dari bahan organik. Dari respirasi anaerobik ini terbentuk gas metana ( CH4) disamping terbentuk gas asam sulfida (H2S) yang berbau busuk. Masuknya zat terlarut lain dalam air mengganggu kelarutan oksigen dalam air.
Untuk menentukan tingkat penurunan kualitas air dapat dilihat dari penurunan kadar oksigen terlarut (OT) sebagai akibat masuknya bahan organik dari luar, umumnya digunakan uji BOD dan atau COD. Biological Oxigen Demand (BOD) atau kebutuhan oksigen biologis (KOB) menunjukkan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh mikroorganisme hidup untuk memecah atau mengoksidasi bahan organik air.
Oleh karena itu, nilai BOD bukanlah merupakan nilai yang menunjukkan jumlah atau kadar bahan organik dalam air, tetapi mengukur secara relatif jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk mengoksidasi bahan-bahan organik tersebut. BOD tinggi menunjukkan bahwa jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk oksidasi bahan organik dalam air tersebut tinggi, berarti dalam air sudah terjadi defisit oksigen. Banyaknya mikroorganisme yang tumbuh dalam air disebabkan banyaknya makanan yang tersedia, oleh karena itu secara tidak langsung BOD selalu dikaitkan dengan kadar bahan organik dalam air.
BOD5 merupakan penentuan kadar BOD baku, yaitu pengukuran jumlah oksigen yang dihabiskan dalam waktu lima hari oleh mikroorganisme pengurai secara aerobik dalam suatu volume air pada suhu 20°C. BOD5 500mg/liter (atau ppm) berarti 500mg oksigen akan dihabiskan oleh mikroorganisme dalam satu liter contoh air selama waktu lima hari pada suhu 20°C.
