Độ ổn định của nước phụ thuộc vào trạng thái cân bằng giữa các dạng của hợp chất axit cacbonic. Axit cacbonic là một axit yếu trong nước các hợp chất này phân ly như sau:
H2CO3 ( H+ + HNO3- ) 2HCO3- CO3- + CO2 + H2O
Tương quan hàm lượng giữa CO2, CO3-, CO32- ở một nhiệt nhất định phụ thuộc vào nồng độ của ion H+, nghĩa là phụ thuộc vào nồng độ pH của nước, tương quan này được biểu hiện trên hình 2.1.
Protein NH3 NO2 NO3 N2 Qúa trình ôxy hóa
Biểu đồ trên hình 2.1 cho ta thấy, khi pH < 4 trong nước chỉ tồn tại CO2, khi pH <8,4 lượng CO2 bị triệt tiêu và trong nước còn tồn tại cả HCO3- và CO32-, khi pH trong nước > 12 trong nước chỉ còn tồn tại CO3-. Xét quá trình phân ly nói trên ta thấy khi trong nước có một lượng HCO3 nào đó thì lập tức trong nước có một lượng CO2 tương ứng tồn tại. Lượng CO2 cần có gọi là lượng CO2 cân bằng, nếu nước có lượng CO2 hòa tan vượt quá lượng CO2 cân bằng thì khi tiếp xúc với các vật liệu có chứa CaCO3 như bê tông CaCO3 sẽ được hòa tan do phản ứng với CO2
như sau:
CaCO3 + CO2 = Ca(HCO3)2
Lượng CO2 tham ra phản ứng này gọi là CO2 xâm thực, ngược lạ nếu có lượng CO2 hòa tan thấp hơn lượng CO2 cân bằng thì một phần HCO3- sẽ bị phân hủy tạo thành CO2 và CO32-. Khi lượng CO32- trong nước vượt quá mức cân bằng nó sẽ kết hợp Ca2+ và Mg2+ hòa tan theo phản ứng:
Ca2+ + CO22- CaCO3
Muối CO3 có kết tủa khó hòa tan, dễ bám kết lắng đọng trong ống dẫn, thiết bị gây cản trở quá trình vận dụng và quá trình truyền nhiệt.
Nước có hàm lượng CO2 hòa tan bằng lượng CO2 cân bằng gọi là nước ổn định. Trong kỹ thuật xử lý nước cấp, việc xử lý ổn định nước đóng vai trò quan trọng có nghĩa là phải xác định hàm lượng CO2 cân bằng và CO2 tự do sao cho nước có được tính ổn định.