JP2015513899A - 海水の電気分解アルカリ水からマグネシウム塩とカルシウム塩を含むミネラル塩の分離およびこれを用いたミネラル飲料の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、海水、海洋深層水または海水濃縮水を電気分解して生成されたアルカリ水からpHを調整してマグネシウム塩とカルシウム塩の沈殿物を生成して濃縮分離して天然のミネラル食品の原料と飲用海洋深層水のミネラル添加原料の製造方法に関するものであり、詳細には、海水または海洋深層水を前処理した後、逆浸透膜（RO）に通過させて濃縮水と透過水を製造する段階、前記濃縮水を電気分解して酸性水とアルカリ水を製造する段階、上記アルカリ水製造時に電流量を調節して、水素イオン濃度（pH）10から13の間のアルカリ水を生産する段階、前記水素イオン濃度10から13の間のアルカリ水を生成して沈殿槽でpHでカルシウム塩、マグネシウム塩を生産して沈殿分離する段階、前記分離されたカルシウム塩とマグネシウム塩を混合して脱塩水に溶解させ、高硬度ミネラル飲料およびマグネシウム：カルシウムのミネラル含有量が調整されたミネラル飲料の製造方法に関するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、海水または海洋深層水と海水濃縮水の電気分解を通じて製造されたアルカリ水の水素イオン濃度を調整して、水素イオン濃度別にカルシウム塩とマグネシウム塩の沈殿物を形成し、沈殿槽で海水または海洋深層水と濃縮水を、低エネルギー高効率で分離することにより、カルシウム塩とマグネシウム塩を分離抽出すると共にこれを用いたミネラル塩とミネラル飲料の製造方法に関するものである。

一般海水1.0 kgは平均して965 g（96.5％）が水であり、塩素イオンは、18.98 g（1.9％）、ナトリウムイオンは10.556 g（Na+、1.1％）、硫酸イオンは、2.649 g（SO42-、0.3％） 、マグネシウムイオンは、1.272 g（Mg2+、0.1％）、カルシウムイオンは、0.400 g（Ca2+、0.04％）、カリウムイオンは0.38 g（K+、0.04％）、重炭酸イオンは、0.14 g（HCO3-、0.01％）であり、以上のような主成分イオンが3.4％溶存されており、残りの0.1％は、微量金属が溶解されており、合計92種の溶存物質が海水に存在することが知られている。
特に、海洋深層水は太陽の光が到達していない水深200m以上の深いところに存在している海水で、沿岸から遠く離れており、表層水とは水温、密度の違いによって大気や地表水（川）と混合されない海洋物理的な構造によって、海洋深層水は、人類の起源、化学汚染物質（病原体や肥料、農薬などの有機化合物）のような汚染流入源から構造的に遮断され、清淨な特性を長い間維持した海洋資源として知られている。特に、海洋深層水には、清浄な4大ミネラル（マグネシウム、カルシウム、カリウム、ナトリウム）をはじめ、亜鉛などの各種ミネラル成分が含まれていることから、水質調整淡水化過程を通じて天然ミネラルの原料源として有用であると知られている。
ミネラルの欠乏と過剰は、さまざまな病気を引き起こす原因となり身体的、精神的発達を阻害することから、体内のミネラルバランス（Mineral balance）を維持することは重要である。カルシウム、マグネシウム、カリウムなどのミネラルは、体の構成、身体機能調節などの役割を担当する重要な要素として、人間に必要な5大栄養素の一つである。ミネラル成分の中でカルシウム（calcium、Ca²⁺）は、骨や歯の形成、筋肉、神経や心臓の機能調節、血液凝固促進などの機能をして、不足すると便秘、骨粗しょう症、発達障害、痙攣、虫歯、神経不安症などの症状が発生する。マグネシウム（magnesium、Mg²⁺）は、エネルギー生成、神経機能調節、ビタミンB、E代謝の促進などの機能を担当し、不足すると心臓病、高血圧、不眠症、不整脈、低血圧、食欲不振、筋肉痛、貧血などが発生する。カリウム（potassium、K⁺）は、細胞内の酸塩基平衡の調節、水分調節、神経機能の維持、細胞機能維持、血管拡張、脳の酸素供給などの機能を担当し、不足すると不整脈、食欲減退、筋肉のけいれん、便秘、疲労、無力症、低血糖症などが発生する.
海水（海洋深層水）に含まれるミネラル成分は、間違った食習慣、環境汚染などにより、ミネラルバランスが崩れた現代人には非常に有用なミネラルの供給源になる。しかし、海水の場合、相当量の塩分（NaCl）を含むことから、塩分を除去する淡水化の過程で、有用なミネラル成分であるカリウム、カルシウム、マグネシウムなどが一緒に除去される問題がある。
海水の淡水化方法としては、蒸発法、逆浸透膜法、電気透析法などがある。蒸発法は、海水を蒸発させて溶媒である水は、蒸発し、溶質は残留させる原理を利用するものであり、逆浸透膜法は、水に溶解しているイオン性物質を透過膜を利用して塩は排除して、純粋な水だけを通過させる方法であり、電気透析法は、陰イオン膜と陽イオン膜を交互に配置した後、陰イオン膜と陽イオン膜の両端に位置する電極に直流電圧をかけて、陽イオンと陰イオンを除去して、純粋な淡水を得る方法である。
また、既存の海水中のミネラルを抽出分離する方法は、海水（海洋深層水）を蒸発濃縮して、溶解度の差を利用して、カルシウム塩やマグネシウム塩などのようなミネラル塩を分離する方法で海水中のミネラルを抽出する方法であった。しかし、これらの淡水化方法を使用する場合には、海水に含まれる各種ミネラル成分の中でカルシウムとマグネシウムを効率的に分離することは難しく、ミネラル成分の回収率が低く、エネルギーがかかる欠点がある。また、上記のような淡水化方式とミネラル抽出方法で抽出されたミネラル塩は、陰イオンである塩素イオン（Cl^-）と硫酸イオン（SO_４ ^２-）除去されず、陽イオンと結合して塩を形成するため、これらのミネラル塩を再溶解して、ミネラル水を製造する際には飲用水の水質基準項目である塩素イオンと硫酸イオンが再溶解されるので、硬度400以上の高硬度ミネラルウォーターの製造が不可能な欠点がある。

韓国特許登録第10-732066号 韓国公開特許2001-102137号 韓国特許番号第10-06630840号

先行文献として、韓国特許登録第10-732066号には、海洋深層水から低温真空法を用いた高純度ミネラルの効率的抽出方法が開示されており、韓国特許登録第10-0885175号には、減圧制御型蒸気再圧縮蒸発システムを利用して、海洋深層水蒸発結晶化させて、ミネラル塩を分離し、これらのミネラルを使用する、ミネラルウォーターの製造方法が開示されている。
また、韓国公開特許2001-102137号には、海水を脱塩処理して、水とマグネシウムやカルシウムや鉄などの必須ミネラルとビタミン類などを十分に含有する濃縮液に分離した水に、前記濃縮液を、または別に海水濃縮液から得られた水溶性のマグネシウムやカルシウムや鉄などの必須ミネラル成分を添加することにより、飲料を製造する方法と、健康機能性を向上させるための飲み物を提供する技術が開示されている。
韓国特許番号第10-06630840号は、海洋深層水または地下の岩盤海水から高硬度・ミネラル混合飲料の製造方法と、これを製造するための製造装置に関するもので、a）海洋深層水や地下の岩盤海水を取り、前処理して、1次ナノ濾過膜で濾過して、2価イオン成分が減少されたナノろ過生産水を製造する段階; b）上記a）段階で濾過された前記ナノ濾過生産水を、逆浸透膜による1価イオンが減少した逆浸透生産水を製造する段階; c）上記a）段階で濾過されたナノろ過の生産水を2次ナノ濾過膜で濾過して、2価イオンが濃縮された高硬度のミネラル濃縮水を製造する段階; d）上記b）段階で製造された逆浸透生産水とc）段階で製造された ミネラル濃縮水を混合する段階からなる構成が開示されている。
しかし、上記の先行技術などは本発明の技術的特徴とするアルカリ水製造時に電流量を調節して、水素イオン濃度（pH）10から13の間のアルカリ水を生産し、水素イオン濃度10から13の間のアルカリ水を生成して沈殿槽でpH別に、それぞれカルシウム塩、マグネシウム塩を生産して沈殿分離する構成は開示されていない。

本発明は、海水または海洋深層水から塩素イオンと硫酸イオンを排除して、カルシウム、マグネシウム、カリウムなどの有用ミネラルをナトリウム分離抽出するとともに、有用なミネラル成分の回収率を高め、エネルギーを低減しながら、純度を高める方法でミネラル塩の効率的な分離抽出方法およびこれを用いた飲用水の水質基準を満たした高硬度ミネラル飲料の製造方法に関するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、海水の電気分解方法によって水素イオン濃度（pH）を調整したアルカリ水から水素イオン濃度別にカルシウム塩とマグネシウムの沈殿物を生成して沈殿槽で海水（海洋深層水）からナトリウムと塩素イオン、硫酸イオンとに分離することで、ミネラル塩の生産エネルギーコストを削減しながら、飲用水の水質基準に適合した、純度の高い高硬度ミネラル飲み物を製造する方法を提供する。

本発明によるミネラル塩の製造方法は、海水や海洋深層水から純度の高いミネラル、カルシウム塩やマグネシウム塩を低コストのエネルギーで分離抽出することができ、ミネラル塩と塩素イオンと硫酸イオンを分離することにより、飲用水の水質基準に適合した高硬度ミネラルウォーターの製造が可能であり、カルシウムとマグネシウムのような有用なミネラルを含むさまざまな製品のミネラル原料を海水から効率的に生産することが可能である。

本発明の電気分解アルカリ水からミネラルの含有量を調整ミネラル塩とミネラルウォーターの製造方法を示す全体工程図である。 電解水の生成と水素イオン濃度（pH）を調整するための電解水生成用無隔膜電解装置の模式図である。 水素イオン濃度の調整アルカリ水から生成されたミネラル塩を分離するための沈殿分離槽である。 ミネラル塩の生成収率を向上させるためのNF-RO-ED工程とMVR-沈殿分離工程を組み合わせた工程図である。 電解水生成用無隔膜電解分解装置を示す。 電解水生成用無隔膜電解分解装置各部の構造を示す。 水素イオン濃度別に形成されているミネラル塩でのマグネシウムとカルシウムの濃度変化を示す。 水素イオン濃度の調整により形成されたミネラル塩のXRD Spectrum（@ pH=10）を示す。

本発明の目的を達成するために、本発明は、海水（海洋深層水原水または濃縮水）を電気分解して生成されたアルカリ水のpHを調整してマグネシウム塩とカルシウム塩の沈殿物を生成して濃縮分離して天然ミネラルの食品原料と飲用海洋深層水のミネラル添加原料の製造方法に関するものである。すなわち、
1）海水または海洋深層水を前処理した後、1次処理して濃縮水と生産水を製造する段階;
2）上記濃縮水を電気分解して酸性水とアルカリ水を製造する段階;
3）前記アルカリ水製造時に電流量を調節して、水素イオン濃度（pH）10から13の間のアルカリ水を生産する段階;
4）上記水素イオン濃度10から13の間のアルカリ水を生産し沈殿槽でpHごとにカルシウム塩、マグネシウム塩を生産し、沈殿分離する段階;
5）前記分離されたカルシウム塩やマグネシウム塩を混合して、カルシウムとマグネシウムが調整された有用ミネラル塩を製造する段階;
6）上記1）の生産水に上記5）の有用ミネラル塩を溶解させ、高硬度ミネラル飲料とミネラル含量（マグネシウム：カルシウム）が調整されたミネラル飲料の製造方法に関するものである。
また、上記1）のステップの前処理は、砂ろ過、急速ろ過膜、マイクロフィルター（MF）、浸漬フィルタ（SMF）、ウルトラフィルター（UF）の中から選択されるいずれか一つまたはひとつ以上の方法が使用可能で、1次処理は、逆浸透膜（RO）を利用して濃縮水と生産水を生産する工程に加えて、電気透析膜、NF-RO膜を使用して生産水とミネラル濃縮水を製造する工程で選択することができる。
上記2）の段階で逆浸透膜（RO）や電気透析膜などの1次処理後の濃縮水を電気分解して酸性水とアルカリ水を製造する工程で濃縮水の代わりに海水と海洋深層水の原水やNF-ROを利用した濃縮水と減圧蒸発蒸法により、生産されたミネラル濃縮水を使用して電気分解した後、酸性水とアルカリ水を製造する段階を加えることができる。
本発明の一実施例として、係るミネラル成分が調整されたミネラル塩の製造方法では、上記6）の段階の生産水にクエン酸を溶解したり、オレンジエキスを溶解してミネラルのサプリメント飲料を製造する方法を追加することができる。
一方、本発明の一実施形態に係るミネラル飲料の製造方法において、上記3）の段階の前記アルカリ水製造時に電流量を調節して、水素イオン濃度（pH）10から13の間のアルカリ水を生産する段階で副産物として生産される酸性水を殺菌消毒剤として使用することができる段階に変形することも可能である。
他の一実施例として、上記5）の段階のカルシウム塩とマグネシウム塩を混合して、カルシウムとマグネシウム濃度が調整された有用ミネラル塩の製造方法にクエン酸、ビタミン製剤、オレンジ粉末などを添加してミネラルのサプリメント錠剤または粉末製品の製造方法として変形することもできる。
また、1）の段階の濃縮水の製造は、海水や海洋深層水を前処理した後、逆浸透膜（RO）に通過させて1次濃縮水と1次生産水を製造する段階; 1次濃縮水を再びイオン交換膜（ED）に通過させて高濃度の二次濃縮水を製造することも可能であり、2）段階の電気分解時に流す電流量は50-260 mAであることを特徴とする。
また、上記1）段階の濃縮水は、ナノフィルター（NF）、ウルトラフィルター（UF）膜を用いて、前処理過程を経て硫酸イオン（SO₄）のみを除去し、残りのナトリウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、塩素イオンは透過された生産水を再び逆浸透膜（RO）を介して濾過して濃縮することができ、1）の段階の生産水にクエン酸、植物または果実抽出物の中から選択される1つ以上の抽出物と5）段階の有用ミネラル塩を溶解させ、マグネシウム塩とカルシウム塩の成分が調整されたミネラル飲料の製造方法が提供される。
以下、本発明を図面と共に詳細に説明する。図1は、本発明の電気分解アルカリ水により、ミネラルの含有量を調整ミネラル塩とミネラルウォーターの製造方法を示す全体工程図であり、図2は、電解水の生成と水素イオン濃度（pH）を調整するための電解水生成用無隔膜電気分解装置の模式図を示す。
また、本発明のミネラルウォーターは、生水と各種飲料を含む意味であり、本発明のミネラルウォーターの製造方法は、海水（海洋深層水）を前処理した後、1次RO（逆浸透膜）に通過させて1次濃縮水と1次生産水を製造する段階と、一次濃縮水をED（イオン交換膜）に通過させて高濃度の二次濃縮水を製造する段階を含む。
本発明の全工程の流れは、海水や海洋深層水を前処理（砂ろ過、急速ろ過膜、マイクロフィルター（MF）、浸漬メンブレフィルタ（SMF）、ウルトラフィルター（UF）などでろ過）した後、RO（逆浸透膜）、NF-RO膜（ナノフィルター - 逆浸透複合膜）、電気透析膜（ED）を通過させて濃縮水生産水を製造して濃縮水をそのまま電気分解するか、ED（電気透析膜）、またはMVR（減圧蒸気再圧縮蒸発法）方法で濃縮水を再濃縮して高濃度濃縮水を製造し、電気分解して酸性水とアルカリ水を製造する（図1）。電解水生成用無隔膜分解装置を用いて濃縮水と高濃度濃縮水を電気分解して酸性水とアルカリ水を製造する。アルカリ水の製造時に電流量設定を調整して、アルカリ水のpHを調整して、各pH別にカルシウムとマグネシウムの成分調整が異なるミネラル塩を生成製造する（図2）。

図3は、水素イオン濃度調整アルカリ水から生成されたミネラル塩を分離するための沈殿分離槽を示す。海水や海洋深層水濃縮水の電気分解アルカリ水を水素イオン濃度を調整することにより、各pHでのカルシウムとマグネシウムの成分含有量組成が異なるミネラル塩を生成することができ、これを沈殿槽に移して生成されたミネラル塩を沈殿させ、海水または海洋深層水濃縮水と分離した。沈殿槽の容量は約100リットルであり、円錐形であるため、形成されるミネラル塩沈殿物は、沈殿槽の円錐底に集まるようになり、沈殿槽の円錐底から15センチメートル上部に上澄み液除去排出装置を利用して、底に沈殿したミネラル塩を除いて沈殿槽の上澄み海水または海洋深層水濃縮水と分離した（図3）。
沈殿分離槽で分離されたミネラル沈殿物は、遠心分離器を用いて遠心分離した後、熱風乾燥機で乾燥した後粉末化して、ミネラル塩を製造した。 pHごとに分離、乾燥されたミネラル塩は、pH10以下でマグネシウム：カルシウム比が0.01-0.4、pH11でマグネシウム：カルシウム比が0.4-1.8、pH12でマグネシウム：カルシウム比が1.8-3.8、pH13以上では、マグネシウム：カルシウム比3.8 - 40.72のカルシウムとマグネシウムの分離が発生する

この時のミネラル塩の陰イオンはほとんど炭酸イオンや水酸化物イオンであるため、飲用水の水質基準項目である塩素と硫酸イオンと分離される。上記のように水素イオン濃度（pH）に応じて、マグネシウムとカルシウムの濃度が、それぞれ異なるミネラル塩を混合調整してマグネシウム対カルシウムの濃度比が異なるミネラル塩を製造する。

たとえば、純度90％以上のカルシウム塩、マグネシウム対カルシウム比が0.1から50範囲のミネラル塩、マグネシウムの濃度が98％以上のマグネシウム塩などを製造する。上記のようなカルシウム塩、カルシウム/マグネシウム混合塩、マグネシウム塩などを混合してミネラルの含有量が調整されたミネラル塩をクエン酸粉末、ビタミン粉末、フルーツエキスパウダー、緑茶粉末などと混合して、錠剤（tablet）または粉末形態で製造する。
水素イオン濃度別に製造されたカルシウム塩、カルシウム/マグネシウム混合塩、マグネシウム塩などを混合してミネラルの含有量が調整されたミネラル塩を脱塩水に溶解させ、カルシウムとマグネシウムの組成が調整された硬度1200までの高硬度ミネラルウォーターを製造する。すでにミネラル塩の製造時にナトリウムイオン、塩素イオン、硫酸イオンなど飲用水の水質基準項目のイオンなどは分離除去されたため、これらのミネラル塩を用いて製造された高硬度のミネラルウォーターは飲用水法で規定された飲用水の水質基準を満足する高硬度ミネラルウォーターを製造する

上記製造過程の脱塩水と一緒にクエン酸、オレンジエキス、緑茶エキス、複数の植物またはフルーツのエキスなどを添加してミネラルが補強されたミネラル混合飲料の製造も可能である。
本発明の前処理過程の中で、ナノフィルター（NF）、ウルトラフィルター（UF）膜を用いて、硫酸イオン（SO_４ ^２-）のみが削除され、残りの塩（ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、塩素イオンなど）は透過された生産水を再度逆浸透膜を介して濾過すると、SO_４ ^２-だけが削除され、残りの塩（ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなど）が濃縮された濃縮水を製造する段階を含む。
既存の工程である逆浸透膜工程は簡単ではあるが、濃縮水の濃度が低く、また、濃縮水中の硫酸イオン（SO_４ ^２-）の含有などの問題があり、イオン交換膜工程（ED）は、濃縮水の濃度を、逆浸透膜工程に比べて向上させることができるが、ミネラル分離のような純度の問題があった。この両方の問題を解決し、生産歩留まりを向上させるために、ナノフィルター膜（NF） - 逆浸透膜（RO） - 電気透析膜（ED）工程を組み合わせて高効率のミネラル塩と高硬度ミネラルウォーター製造する段階を含む。図4は、ミネラル塩の生成収率を向上させるためのNF-RO-ED工程とMVR-沈殿分離工程を組み合わせた工程を示す。
1次ナノフィルター膜を介して硫酸イオンが除去された生産水を得て、２次逆浸透膜工程を通じて、高純度の生産水（脱塩水）と7％以上の硫酸イオンが除去された濃縮水を製造し、3次ED（イオン交換膜）工程を介して（SO_４ ^２-）が除去された14％以上の高濃度濃縮水を製造する。この濃縮水をMVR（減圧蒸発蒸留方式）方式を使用して蒸発結晶化した後、マグネシウムが高濃度に濃縮されている上澄み液を分離精製して、ミネラル濃縮水を（硬度10万以上）製造する。また、イオン交換膜（ED）工程を経て製造された14〜30％の濃縮液を電気分解して水素イオン濃度（pH）を調整して沈殿分離法を使用して、ミネラル成分の中でカルシウム、マグネシウムなどを分離抽出する方法でミネラル塩を選択的に分離して高純度のミネラル塩（カルシウム塩、マグネシウム塩、カルシウム/マグネシウム成分の割合が調整されたミネラル塩）を製造する工程と、製造された高純度ミネラル塩を脱塩水に混合してミネラルウォーターを製造する工程を含む。
硫酸イオン（SO_４ ^２-)がどの位含まれているのかと塩分除去、そしてカリウム、カルシウム、マグネシウムの含有量のバランスによって製造された水の品質が決まる。NF工程を加えることにより、硫黄成分が大幅に減少した高濃縮水をミネラル抽出に使用することができ、結晶化過程中にカルシウムの結晶が一部しか行われず、ミネラル濃縮水おして残ることがわった。硫酸イオンを除去することにより、結晶化の過程の中でカルシウムを結晶化してまた溶解する必要がある不便がない利点がある。また、電気分解を介して沈殿分離工程を経て、ミネラル成分組成の調整も可能で、カリウム、カルシウム、マグネシウムを任意に調整することができ、用途に適したミネラルバランスのとれたミネラル塩の製造が可能であり、これらのミネラル塩を使用して、水質基準に適切なミネラルウォーターの製造が可能である。
本発明のミネラル塩とミネラルウォーターの製造方法は、二次濃縮水を電気分解した後、沈殿分離システムを利用して、ミネラル（カルシウム、マグネシウム、カリウム）成分を調整して結晶化させて、ミネラル塩を製造する段階を含む。既存の蒸発濃縮を行う方法には、熱エネルギーを直接加えて蒸発する方式（平釜式）とスチームなどを発生させ、これを活用して、間接的に蒸発させる方法とスチームを利用して、間接蒸発するMVR（Mechanical Vapor Recompressor）方式を介してエネルギー効率を最大化する方法がある。濃縮水を蒸発濃縮して、ミネラル塩を製造するには平釜式が10,750,000kcal、蒸気利用式が5,750,000kcal、多段真空式1,380,000kcal、MVR方式が500,000kcalのエネルギーを使用する。
MVR方式は、蒸気投入 - 蒸発濃縮に使用 - 機械的再圧縮（温度上昇） - 蒸発濃縮に使用 - 機械再圧縮（温度上昇） - 蒸発濃縮に使用する方式で、初期投入蒸気を少ない電気を利用して、再圧縮して温度を上昇再利用することにより、低コストで、繰り返して使用が可能である。
しかし、電気分解方式沈殿分離工程で必要とされるエネルギーは、電気分解時に必要とされる電力が約1.0 kwであるため、エネルギー単位に換算すると1,700 kcalが消費される。現存最小のエネルギーがかかると評価されたMVR方式に比べて、電気分解沈殿分離法を適用することにより、ミネラル塩を製造する工程の中で必要とされるエネルギーを大幅に削減することができる。

以下、本発明の各工程の実施例を説明する。
実施例１：電気分解工程を利用した水素イオン濃度（pH）の調整
電解水生成装置は、電解水を生成するためのコントロールパネルと電解水生成無隔膜電解槽、海水と濃縮水供給ラインと、循環ポンプ、アルカリ水と酸性水生成槽、強アリカリ酸性水排出ライン、水槽の水位センサなどで構成される。図5は、電解水生成用無隔膜電解分解装置を示し、図6は、電解水生成用無隔膜電解分解装置各部の構造を示す。
電解装置で強アルカリを必要とするほど最低水位センサー（図２参照）を高くする方がいい。装置でpH13以上を要求する場合、電流計の値が260 mA以上でなければならない。しかし、最低水位が低すぎると、運行設定時間の間に作動し、捨てられる排出水の量が多くなり、電流計の値を高めるために多くの時間が要求される。逆に最低水位センサーが高すぎると捨てられる水の量が少ないので、補充水の量も少なく無隔膜で塩素イオンを奪ってくる量が少なく、pH値がむしろ低下する場合がある。電流量に応じて、次のように水素イオン濃度（pH）の値を調整することができる。
電解装置の動作時間を30分、定量ポンプに流入する時間間隔を10分として設定すると、デバイスは30分動作した後のアクリル水槽に水が最低水位まで排出され、最高水位まで水が補充後に動作される。定量ポンプは、30分の間に3回作動して、1回のアルカリ水の生成量は400 ml程度生成される。
実施例２：沈殿槽を用いたミネラル塩の分離
海水や海洋深層水濃縮水の電気分解アルカリ水を水素イオン濃度を調整することにより、各pHことにカルシウムとマグネシウムの成分の含量組成が異なるミネラル塩を生産することができ、これを沈殿槽に移して生成されたミネラル塩を沈殿させ、海水または海洋深層水濃縮水と分離した。
沈殿槽（図３参照）の容量は約100リットルであり、上部は円筒形であり、下部は円錐形であるため、形成されるミネラル塩沈殿物は、沈殿槽の円錐底に集まるようになり、沈殿槽の円錐底の中間上部から上澄み液除去排出装置を利用して床に沈殿されたミネラル塩を妨げない沈殿槽の上澄み海水または海洋深層水濃縮水と分離する。特に沈殿槽の下部円錐形の中間に逆U字型のチューブを設置し、その下に、上澄み液排出口に接続させることにより、上澄み液排出口のコックを開くと、逆Ｕ字管チューブの入口まで上澄み液が排出される。逆U字管の高さを調節することにより、沈殿物の量に応じて、上澄み液分離の深さまで調節が可能である。
また、沈澱槽の外部に撹拌(stir)を設置できる棒を製作することにより、撹拌(stir)を利用して、沈殿槽の中でミネラル塩の反応がよく起こるようにシステムを製作する。最終的に生成されたミネラル塩は、沈殿槽の円錐底に集まるようになり、これを沈殿槽排出口を通じて簡単に回収することができる。図3は、水素イオン濃度の調整アルカリ水から生成されたミネラル塩を分離するための沈殿分離槽を示す。
実施例３：水素イオン濃度（pH）別ミネラル塩の成分組成
沈殿分離槽で分離されたミネラル沈殿物は、遠心分離器を用いて遠心分離した後、熱風乾燥機で乾燥した後粉末化して、ミネラル塩を製造した。 pH10で生成されて分離、乾燥されたミネラル塩には、マグネシウムが9.24％、カルシウム23.1％で、マグネシウム/カルシウム比が0.4として形成されたミネラルの中の大部分がカルシウムであった。 pH11で形成されたミネラル塩には、マグネシウムが21％、カルシウムが12％で構成され、マグネシウム/カルシウム比が2.0になった。 pH12で形成されたミネラル塩には、マグネシウムが26.7％、カルシウムが7.2％でマグネシウム：カルシウム比が3.7になった。 pH13で形成されたミネラル塩には、マグネシウムが30.7％、カルシウムが4.4％で、マグネシウム：カルシウム比が7.0でカルシウムとマグネシウムの分離が発生して全体の陽イオンミネラル中のマグネシウムが82％を占めている。
水素イオン濃度の調整に応じて形成されたミネラル塩でpHに応じたマグネシウムとカルシウムの濃度変化を図7に示した。マグネシウムは水素イオン濃度が10から13に高くなるほど濃度が増加した一方、カルシウムの濃度は減少した。したがって、アルカリ水の水素イオン濃度（pH）を調整することにより、生産されるミネラル塩の中でのマグネシウムとカルシウムの比を調整することができる。
生産されるミネラル塩をMulti purpose X-ray Diffractometer（MP-XRD）を用いてミネラル鉱物結晶を分析した。分析条件は、X-ray powerが45 KV/30mAであり、Scan Modeはθ/2θであり、scan rangeは10〜100 deg（2θ）であった。形成された鉱物結晶のほとんどは、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムの形態であるため、飲用水の水質基準項目である塩素イオンと硫酸イオンのほとんどが分離された結晶形である（図8）。結果的に、pHごとにミネラル塩の構成成分のうち、塩素イオンの濃度は、3％台であり、硫酸イオンの濃度は、1％台で構成される。したがって、水素イオン濃度によるミネラル含量調整ミネラル塩を使用して、飲用水を製造する場合、塩素イオンと硫酸イオンが除去されたため、飲用水水質基準を満たしながら、高硬度水が製造可能であった。図8は、水素イオン濃度の調整に応じて形成されたミネラル塩のXRD Spectrum（@ pH=10）を示す。
実施例４：カルシウムとマグネシウムの成分調整を通じたミネラル塩粉末と錠剤の製造
上記のように水素イオン濃度（pH）に応じて、マグネシウムとカルシウムの濃度が、それぞれ異なるミネラル塩を混合調整してマグネシウム対カルシウムの濃度比を調整したミネラル塩を製造した。例えば、水素イオン濃度（pH）10で形成されるMg/ Ca比が0.40であるカルシウムが主成分であるカルシウム・ミネラル塩23％と水素イオン濃度（pH）13で形成されるMg/Ca比が6.9であるマグネシウムが主成分であるマグネシウムミネラル塩77％を混合してマグネシウムの含有量は25.7％であり、カルシウムの含有量は8.7％であり、Mg/ Ca比が3.0であるミネラル塩の製造が可能であった。また、上記のようなカルシウムミネラル塩、カルシウム/マグネシウム混合ミネラル塩、マグネシウム、ミネラル塩などを混合してミネラルの含有量が調整されたミネラル塩をクエン酸粉末、ビタミン粉末、フルーツエキスパウダー、緑茶粉末などと混合して、錠剤（tablet）または粉末砲の製造可能であった。
実施例５：ミネラル塩を用いた高硬度ミネラルウォーターの製造
水素イオン濃度別に製造されたカルシウム塩、カルシウム/マグネシウム混合塩、マグネシウム塩などを混合してMg/ Ca比が2.0に調整されたミネラル含有量調整ミネラル塩10.0 gramを1リットル脱塩水（硬度80）に溶解させて調整された硬度4,350までのミネナル脱塩水を製造した。これを再び2リットル脱塩水で希釈して、高硬度ミネラルミネラルウォーター3リットルを製造する。すでにミネラル塩の製造の際に、ストロンチウム、ホウ素イオン、塩素イオン、硫酸イオンなど飲用水の水質基準項目のイオンなどは分離除去されたため、これらのミネラル塩を脱塩水に溶解して製造された高硬度のミネラルウォーターは硬度1000以上飲用水管理法で規定された飲用水の水質基準を満足している。飲用水の水質基準については、表4に示した。
上記製造過程の脱塩水と一緒にクエン酸、オレンジエキス、緑茶エキス、複数の植物やフルーツのエキスなどを添加してミネラルが補強されたミネラル混合飲料の製造も可能である。

海水や海洋深層水から純度の高いミネラル、カルシウム塩やマグネシウム塩を低コストのエネルギーで分離抽出可能で、ミネラル塩と塩素イオンと硫酸イオンを分離することにより、飲用水の水質基準に適合した、高硬度ミネラル飲料の製造も可能である。また、カルシウムやマグネシウムのように有用ミネラルを含むさまざまな製品のミネラル原料を海水から効率的に生産することが可能で、飲み物とミネラルを原料とする関連産業の付加価値を高めることが可能である。

Claims (14)

1. a）海水または海洋深層水を前処理した後、１次処理して濃縮水と、生産水を製造する段階;
   b）前記濃縮水を電気分解して酸性水と水素イオン濃度（pH）10から13の間のアルカリ水を製造する段階;
   c）前記水素イオン濃度10から13の間のアルカリ水を沈殿槽でpH別にカルシウム塩、マグネシウム塩の沈殿物を生成して沈殿分離する段階;
   d）前記分離されたカルシウム塩とマグネシウム塩を一定の割合で混合して、カルシウムとマグネシウムが調整された有用ミネラル塩として製造する段階;
   e）上記ａ）の生産水に前記d）段階の有用ミネラル塩を溶解させ、マグネシウム塩とカルシウム塩の成分が調整されたミネラル飲料の製造方法。
2. 請求項１記載の、a）段階の一次処理は、逆浸透膜（RO）処理工程、電気透析膜処理工程、NF-RO膜処理工程の中から選択されるいずれか一つ以上の方法を使用することを特徴とするミネラル飲料の製造方法。
3. 請求項１記載の、a）段階の前処理は、砂ろ過、急速ろ過膜、マイクロフィルター（MF）、浸漬メンブレフィルタ（SMF）、ウルトラフィルター（UF）の中から選択されるいずれか一つ以上の方法を使用することを特徴とするミネラル飲料の製造方法。
4. 請求項１記載の、b）段階で製造される水素イオン濃度（pH）10から13の間のアルカリ数は電流量を調節して製造することを特徴とするミネラル飲料の製造方法。
5. 請求項４記載の電流量は50-260 mAであることを特徴とするミネラル飲料の製造方法。
6. 請求項１記載の、前記b）段階の電気分解に使用される濃縮水は、海水または海洋深層水の原水、NF-ROまたはNF-RO-EDを用いた濃縮水、減圧蒸発蒸留によって製造されたミネラル濃縮水の中で選択されたいずれか一つ以上を利用することを特徴とするミネラル飲料の製造方法。
7. 請求項１記載の、前記a）段階の濃縮水の製造は、海水または海洋深層水を前処理した後、逆浸透膜（RO）に通過させて１次濃縮水と１次生産水を製造する段階; １次濃縮水を再イオン交換膜（ED）に通過させて高濃度の二次濃縮水を製造することを特徴とするミネラル飲料の製造方法。
8. 請求項１記載の、前記a）段階の濃縮水は、ナノフィルター（NF）、ウルトラフィルター（UF）膜を用いて、前処理過程を経て硫酸イオンのみを除去し、残りのナトリウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、塩素イオンが透過された生産水を再び逆浸透膜（RO）を通じて濾過し、濃縮することを特徴とするミネラル飲料の製造方法。
9. 請求項１記載の、前記d）段階の一定の割合は、マグネシウム/カルシウム比が0.4-7.0であることを特徴とするミネラル飲料の製造方法。
10. a）海水または海洋深層水を前処理した後、１次処理して濃縮水、生産水をと製造する段階;
    b）前記濃縮水を電気分解して酸性水と水素イオン濃度（pH）10から13の間のアルカリ水を製造する段階;
    c）前記水素イオン濃度10から13の間のアルカリ水を沈殿槽でpHごとにカルシウム塩、マグネシウム塩の沈殿物を生成して沈殿分離する段階;
    d）前記分離されたカルシウム塩とマグネシウム塩を一定の割合で混合して、カルシウムとマグネシウムが調整された有用ミネラル塩として製造する段階;
    e）上記a)の生産水にクエン酸、植物または果実抽出物の中から選択される１つ以上の抽出物とd）段階の有用ミネラル塩を溶解させ、マグネシウム塩、カルシウム塩の成分が調整されたミネラル飲料の製造方法。
11. 請求項１から請求項１０記載のミネラル飲料の製造方法で製造されたミネラル飲料。
12. a）海水または海洋深層水を砂ろ過、急速ろ過膜、マイクロフィルター（MF）、浸漬メンブレフィルタ（SMF）、ウルトラフィルター（UF）の中から選択されるいずれか一つ以上の方法で前処理する段階;
    b）前処理された海水または海洋深層水を逆浸透膜（RO）処理工程、電気透析膜処理工程、NF-RO膜処理工程の中から選択されるいずれか一つ以上の方法を用いて濃縮水と生産水として製造する段階;
    c）前記濃縮水を電気分解して酸性水と水素イオン濃度（pH）10から13の間のアルカリ水として製造する段階;
    d）酸性水を別に分離することを特徴とする殺菌消毒水製造方法。
13. 請求項１２記載の、b）段階の電気分解時に使用される電流量は50-260 mAであることを特徴とする殺菌消毒水製造方法。
14. 請求項１２から請求項１３記載の殺菌消毒水製造方法で製造された殺菌消毒水。

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