Основной причиной образования накипи и минеральных отложений являются, прежде всего, карбонатные соли кальция и магния. Но не всегда гидрокарбонатные соли разлагаются при нагревании воды в теплообменниках. Распад происходит только при превышении предельно-допустимой величины данного состава охлаждающей воды. Поэтому критерием для оценки накипеобразующих свойств воды служат следующие величины: жесткость (общая, карбонатная, некарбонатная, предельно-допустимая); стабильность воды на выпадение карбоната кальция или его растворения вследствие наличия в воде агрессивного диоксида углерода. Кроме названных величин, для оценки свойств накипеобразования воды ВО приходится изучать и состояние карбонатно-кальциевого равновесия. Известно, что бикарбонаты вместе с карбонатными ионами, ионами кальция, растворенным диоксидом углерода являются основными компонентами карбонатной системы. С карбонатной системой непосредственно связаны ионы водорода и косвенно весь комплекс растворенных веществ.
Карбонатная система, как уже отмечалось в связи с оз. Балкаш (см. том 1, раздел 3, [10]), является важнейшей системой химических равновесий в природных водах. От ее состояния зависит направление и интенсивность процессов, протекающих в водоеме. Кроме того, карбонатная система, как мы уже знаем, в природных водах имеет исключительно большое значение для протекающих в них биологических процессов. Состоянием карбонатно-кальциевого равновесия определяются также и агрессивные свойства воды. Компоненты равновесия находятся между собой в определенных количественных соотношениях, и изменение одного из них непременно влечет за собой изменение других. Факторы, влияющие на устойчивость карбонатного равновесия, в природе очень изменчивы. С изменением их устоявшееся состояние равновесия нарушается и устанавливается новое.
Для характеристики отклонений данной системы от устойчивого равновесия могут быть использованы две взаимосвязанные величины: содержание СО2, избыточное против равновесного (называемая агрессивным диоксидом углерода), и степень насыщенности воды карбонатом кальция. Для исследования состояния карбонатно-кальциевого равновесия кроме данных об ионном составе и минерализации воды приходится определять: величину рН, температуру воды и расчетным путем находить содержание в воде свободного, равновесного и агрессивного СО2, а также степень насыщенности воды карбонатом кальция. О степени насыщенности судят по отношению наблюдаемого произведения активностей ионов
Са2+ и СО 32 к теоретической величине произведения растворимости СаСО3. При расчетах приходится учитывать температурные изменения всех