Demanda química de oxigênio (DQO) é a quantidade de um agente oxidante específico, que em condições controladas, reage com uma determinada amostra. A quantidade do agente oxidante que reagiu é então expressa em termos de equivalentes em oxigênio^{[citação necessária]}. Os resultados são expressos na unidade mg O₂ L^-1.

Originalmente, o ensaio de DQO objetivava a determinação indireta da concentração de matéria orgânica em uma determinada água residuária. No entanto, a presença de outras substâncias inorgânicas, em seus estados de oxidação mais reduzidos, figuram como interferentes importantes no resultado da análise, sobretudo se a amostra é obtida de um ambiente de caráter redutor, como reatores anaeróbios^{[citação necessária]}. Desta forma, a finalidade do ensaio de DQO é a determinação da concentração de substâncias oxidáveis em uma amostra líquida, como uma determinação indireta da concentração de substâncias orgânicas. Para tanto, é necessário que toda a matéria oxidável nessa amostra seja oxidada por uma substância que garanta o máximo desta oxidação. No caso do ensaio de DQO, o reagente responsável por essa oxidação é o dicromato de potássio (K₂Cr₂O₇), por meio do íon dicromato (Cr₂O₇^2-), tanto pelo seu potencial oxidante como pela diferença de coloração que o átomo de cromo confere à solução em seus diferentes graus de oxidação. A matéria oxidável presente na amostra reduz o átomo de cromo hexavalente do dicromato (Cr⁶⁺, de cor alaranjada) para a sua forma trivalente (Cr³⁺, de cor esverdeada). Desta forma, a medida dessa intensidade de coloração – por meio de espectrofotometria – está relacionada com as concentrações de cromo hexavalente que reagiram com a matéria oxidável da amostra, e quantificando a matéria oxidável, conforme a reação 1 descrita abaixo:

A oxidação total e efetiva da matéria orgânica, conforme demonstrada na reação 1 acima, ocorre na presença de um catalizador de prata (Ag⁺), em alta temperatura e em meio ácido. A relação entre o íon Cr₂O₇^2- que reagiu com a matéria orgânica oxidável e o seu equivalente em oxigênio, para o cálculo da DQO em termos de O₂ é obtida da reação 2, mostrada abaixo:

A estequiometria da reação 2 mostra que a relação entre a concentração de K₂Cr₂O₇ consumido durante a oxidação da matéria oxidável e a concentração de O₂ é de 6,1 mg O₂ / mg K₂Cr₂O₇. Desta maneira, conhecendo-se a quantidade de K₂Cr₂O₇ consumida na reação de oxidação, é possível relacioná-la com a quantidade de O₂ necessária para efetuar a mesma oxidação. A determinação da quantidade de K₂Cr₂O₇ envolvida na DQO pode ser determinada por três metodologias distintas, conforme descritas na Tabela 1:

Tabela 1 - Métodos de determinação do equivalente em oxigênio do ensaio de demanda química de oxigênio (DQO).

Os métodos titulométricos consistem na retrotitulação redox do Cr₂O₇^2- não reagente com a amostra, utilizando um agente titulante redutor padronizado de sulfato de ferro (II) e amônio (Fe(NH₄)₂(SO₄)₂), e um indicador de ferroína (mudança de coloração conforme o estado de oxidação do ferro de Fe²⁺ para Fe³⁺). O método colorimétrico requer um espectrofotômetro (ou colorímetro ajustado para 420 ou 600 nm) e relaciona a concentração de Cr₂O₇^2- com a mudança de cor proporcionada pela redução do cromo hexavalente para o cromo trivalente. O método de refluxo aberto é mais adequado para quantidades de amostras grandes (50 mL). Os métodos de refluxo fechado podem ser feitos com quantidades menores de amostra (de 2,5 a 10 mL), e geram uma quantidade menor de resíduos perigosos, mas necessitam que haja uma homogeneização de amostras contendo sólidos suspensos. A presença de interferentes devem ser observadas nas determinações da DQO. Existem possíveis interferências por substâncias inorgânicas nas reações de oxidação, podendo haver a indisponibilização do catalizador Ag+ por precipitação com cloretos (Cl^-) e outros halogênios, e também a presença de compostos inorgânicos reduzidos (principalmente as formas de nitrogênio e enxofre). O íon cloreto (Cl^-) é o interferente inorgânico que pode precipitar o catalizador de Ag⁺ e trazer ineficiência na oxidação de compostos orgânicos. A adição de sulfato de mercúrio (HgSO₄) na amostra evita a interferência do Cl^- na análise. A metodologia aqui abordada não é adequada para amostras de água com concentrações de Cl^- maiores que 2.000 mg Cl^- L^-1. Durante a digestão da amostra, a amônia (NH₄⁺) e os nitritos (NO₂^-) são oxidados à nitratos (NO₃^-), assim como os sulfetos (S^2-) e os sulfitos (SO₃^2-) são oxidados a sulfatos (SO₄^2-), podendo interferir no resultado da análise. Embora a maioria dos trabalhos considerem essas interferências desprezíveis, é importante considerá-las em trabalhos de digestão anaeróbia em condições desnitrificantes e/ou sulfetogênicas. A Tabela 2 relaciona a interferência dos íons NH₄⁺, NO₂^-, S^2- e SO₃^2- no valor da DQO. Estes valores deverão ser considerados no cálculo final da DQO.

Tabela 2 - Interferência dos íons inorgânicos mais comuns na demanda química de oxigênio (DQO).

Neste contexto, o resultado obtido no ensaio de DQO só pode ser considerado como a concentração de matéria orgânica somente se caso essas espécies inorgânicas reduzidas estiverem presentes em concentrações desprezíveis, ou então forem consideradas no cálculo final. De outra forma, considera-se o resultado do ensaio de DQO como referente a concentração da matéria oxidável presente na amostra ^{[citação necessária]}. Outra consideração importante que pode interferir diretamente no resultado do ensaio de DQO como determinação da concentração de matéria orgânica é a quantidade de sólidos suspensos na amostra. No entanto, não se considera esta característica da amostra como sendo uma interferência, e pode-se adotar todas as formas de representação da concentração de matéria orgânica com relação aos sólidos presentes na amostra. Pode se fazer a distinção de três tipos de matéria orgânica presente em uma amostra líquida: solúvel, dispersa e suspensa. A análise da DQO desses três tipos de matéria orgânica é possível por meio da filtragem da amostra com diferente tipos de filtros. A Tabela 3 relaciona o tipo da matéria orgânica medido com o tamanho da partícula presente na amostra.

Tabela 3 -

Por definição, o espectro de tamanho de partículas coloidais varia entre 1,0 μm e 0,001 μm, de maneira que as definições aqui apresentadas para matéria orgânica coloidal possa incluir algumas partículas em suspensão, e que Para cada amostra procesde-se com duas filtraçções

Tabela 4 -

com A matéria orgânica dissolvida contabiliza a matéria orgânica solúvel (oriunda de compostos orgânicos hidrossolúveis como ácidos, álcoois, carboidratos, etc.) e a fração da matéria orgânica sólida que passa em um filtro de poro de 2,0 μm (ou menor) ^{[citação necessária]}. Para a maior parte das amostras, a diferença entre os valores de concentração de matéria orgânica dissolvida obtidos com um filtro de diâmetro de poro 2,0 μm e um filtro de menor diâmetro de poro são menores que o erro associado à metodologia. Portanto, para a maioria das amostras, a escolha de um filtro com diâmetro de poro menor que 2,0 μm é irrelevante para o resultado final. A matéria orgânica total compreende a totalidade da matéria orgânica presente na amostra, incluído toda a fração em suspensão (que fica retida em um filtro com diâmetro de poro de 2,0 μm). Considerando os métodos propostos, a metodologia adotada para a análise de efluentes e afluentes de biorreatores experimentais será a de refluxo fechado, por meio de colorimetria ^{[citação necessária]}, 5220 D, devido à necessidade de menor quantidade e maior homogeneidade de amostra, menor produção de resíduos perigosos e maior agilidade e facilidade da determinação colorimétrica frente a titulométrica.