JP2022513451A - 脱塩水のインラインミネラル化及び炭酸化のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、水のインラインミネラル化の方法を提案し、それによれば、脱塩水が二酸化炭素と水との反応を触媒して重炭酸塩を形成するための酵素が固定化されているパイプ内を循環し、二酸化炭素がパイプ内に導入され、所定量の固体鉱物、好ましくは炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムが循環水に導入される。この方法は、水への二酸化炭素の溶解を加速することを可能にし、これは、水のインラインミネラル化のために、すなわち水の循環を停止させることなく鉱物の溶解を最適化する。本発明はまた、方法を実施するためのシステムを提案する。

Description

本発明は、水の（再）ミネラル化の分野に関する。

特定の水の衛生又は浄化技術は、脱塩工程を含む。これは、例えば、工業規模での海水の脱塩、又は家庭規模での水道水の脱塩の場合に特に当てはまる。

その鉱物から少なくとも部分的に精製された水は、一般にわずかに酸性であり、それによって腐食性になり、長期的には、その水が流れるパイプを劣化させる可能性がある。また、非常に鈍い味であり、消費を不快にする。

したがって、ｐＨを上昇させ、及び／又はその味を変化させるために、脱塩水（ｄｅｓａｌｉｎａｔｅｄ ｗａｔｅｒ）又は脱塩水（ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｓｅｄ ｗａｔｅｒ）を、特に炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムで再ミネラル化することが一般的である。しかし、これらの鉱物の水への溶解速度が遅いことは制限要因であり、決定された濃度の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムに達するために、多量の水の中の微細な鉱物粉末を数時間撹拌する必要があり、それにもかかわらず濃度は限定されたままである。この方法は、工業的に有効ではなく、サイズが制限されたままでなければならない家庭用機器にも適用できない。さらに、この方法によって得られた炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムの濃度は、ミネラルウォータの濃度よりもはるかに低いままである。

Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ ３９６，（２０１６）３９－４７には、二酸化炭素（ＣＯ_２）又は硫酸を使用して予め水を酸性化することによって炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムの溶解速度を改善することが可能であり、硫酸は二酸化炭素よりも８～９倍多くの鉱物を溶解することが示されている。この違いは、主に、強酸である硫酸では、水に溶解したときに弱酸を形成する二酸化炭素よりも低いｐＨを達成することができるためである。これは、二酸化炭素の水への溶解速度が遅いことにも起因する。

しかし、工業的にも家庭内の設備でも、その取り扱いに関連する公知のリスクのために硫酸を使用することは望ましくない（燃焼、腐食など）。

したがって、本出願人は、以前に少なくとも部分的に脱塩された水の制御された方法での即時インラインミネラル化を可能にする方法及びシステムを開発する必要性を感じた。

この目的のために、本発明は、水のインラインミネラル化の方法を提案し、それによれば、
－脱塩水は、二酸化炭素と水との反応を触媒して重炭酸塩を形成するために酵素が固定化されているパイプ内を循環し、
－二酸化炭素がパイプ内に導入され、
－所定量の固体鉱物、好ましくは炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムが循環水に導入される。

「即時」及び「インライン」属性は、水がパイプを通って連続的に循環し、鉱物の処理又は溶解のためにタンクに決して貯蔵されないことを意味する。

脱塩水とは、特にマグネシウム及びカルシウムである鉱物の含有量が低い、又は鉱物を含まない水を指す。低い鉱物含有量は、例えば湧水については自然に、又は樹脂、蒸発及び再凝縮を用いて逆浸透などの脱塩方法によって人工的に得ることができる。低い鉱物含有量は、好ましくは５００ｍｇ／Ｌ未満、好ましくは１００ｍｇ／Ｌ未満の乾燥鉱物残留物に相当する。

問題のパイプは、一般に、水が、その間を循環することができる、すなわち計算可能な流量を有する、水入口及び水出口を有する導管を指す。

二酸化炭素は、従来のバブラーを使用して又は膜を介してガス状二酸化炭素をパイプ内でバブリングすることによってパイプ内に導入することができる。

あるいは、パイプは、その長さの少なくとも一部にわたって二酸化炭素透過性かつ水不透過性であり、二酸化炭素は、パイプの外壁に二酸化炭素圧力を加えることによってパイプ内に導入される。

パイプは、例えば、壁が二酸化炭素透過性の膜である管であってもよい。パイプはまた、例えば中空繊維などの複数の平行な束であってもよく、その壁は二酸化炭素透過性の膜である。この構成は、水と壁との間の接触面を増加させるという利点を有し、すなわち、パイプを通って循環する水中の二酸化炭素の吸着を可能にする細孔を有し、繊維から水が漏れることがなく、パイプの内部の固定化酵素を有する。

二酸化炭素と水との反応を触媒して炭酸を形成し、次いで重炭酸塩を形成する酵素は、好ましくは炭酸脱水酵素である。ＥＣ ４．２．１．１クラスのこの酵素は、ＣＯ_２の水への溶解速度を改善する能力でよく知られているが、溶解を最適化するために、鉱物粉末を注入する手段又は鉱物を溶解する他の手段と組み合わせてインラインで使用されたことはない。

パイプ内の酵素を固定化する手段は、当業者に公知である、鉱物又はポリマー表面上に酵素を固定化する従来の手段である。これは、例えば、壁／膜の内側に、又はメッシュが水を通過させるがボール／粒子を通過させないフィルタ又はグリッドによってパイプの内部に保持されたボール又は粒子に酵素をグラフトすることによる固定化であってもよい。

ここで、「循環水」という用語は、水が鉱物粉末と撹拌されるときに固定化するであろうタンクがないという事実を指す。本発明の方法は、即時かつインラインであり、したがって、例えば脱塩ユニットの下流での工業的実施を可能にし、これは、例えば水道水を供給するために特に有利である。本発明の方法はまた、省スペースを可能にするので、家庭内での実施を可能にする。混合タンクがないことはまた、よどんだ水中での細菌増殖のリスクを制限する。

好ましくは、所定量の固体鉱物、好ましくは炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムは、鉱物粉末を注入することによって、又は水を鉱物ベッドを通して循環させることによって循環水に導入される。

ここで、固体鉱物とは、再ミネラル化される水が、溶液中に予め溶解されていない固体形態のミネラルと接触することを意味する。

したがって、本発明のパイプは、粉末インジェクタに接続することができ、又は鉱物カラムを含むことができる。

注入の場合、注入された粉末は、非常に微細な又は流動化した粉末であり、約数ミクロン、例えば５～１０００ミクロンの直径を有する粒子から構成され、流動性が大きく、その体積は、液体溶液と非常に類似した方法で測定することができる。

これらの粉末は、コンパクトなカートリッジに包装できるという利点を有する。例えば、粉末の層が堆積される３Ｄ又はレーザ印刷のために開発された技術を使用して、少量の粉末、すなわち数マイクロリットルの投入が可能である。しかし、当業者は、微粉末を投入するための任意の他の適切な技術を使用することができる。

これらの技術は、所定量の粉末、すなわち、等しい所定量の溶解鉱物を得る目的で事前に定義された量を注入することを可能にする。

鉱物カラムが使用される場合、鉱物カラムは顆粒又は鉱物ボールのベッドを含み、粒径は、例えば０．５～４．５ｍｍであってもよい。

有利には、鉱物ボールは、二酸化炭素と水との反応を触媒して炭酸を形成し、次いで重炭酸塩を形成する酵素がグラフトされたボールと組み合わされるか又は混合される。

あるいは、二酸化炭素は、脱塩水に導入され、固体鉱物を導入する前に脱塩水を酵素上に循環させることによって溶解される。したがって、鉱物は酵素及び二酸化炭素と接触していない。本出願人は、驚くべきことに、二酸化炭素を炭酸（ｃａｒｂｏｎｉｃ ａｃｉｄ）に変換し、次いで炭酸塩（ｃａｒｂｏｎａｔｅ）に変換するためのバランスがわずかの間、すなわち数秒間維持され、これは、このように酸性化された水が下流の鉱物溶解ゾーンに到達するのに十分な時間であることを見出した。これにより、酵素を鉱物と接触させる必要がなくなり、鉱物が保存され、鉱水中の微量の酵素の存在も防止される。酵素は毒性ではなく、したがって、得られた水は規制を遵守している。この利点は、混合が「インライン」ではなく反応容器内で行われる方法では得られない。

本発明はまた、本発明の方法を実施するためのシステムを提案する。それは、少なくとも部分的に脱塩されている水を再ミネラル化するためのシステムであり、入口から出口までの水循環パイプを含み、それに沿って以下の、
－二酸化炭素をパイプに導入するための手段と、
－二酸化炭素と水との反応を触媒して重炭酸塩を形成することができる、当該パイプの内部に固定化された酵素と、
－所定量の固体形態の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムを導入するための手段と、が配置されている。

好ましくは、二酸化炭素をパイプに導入するための手段は、パイプの長さの少なくとも一部にわたって二酸化炭素透過性の壁と、二酸化炭素透過性である当該壁の外側に二酸化炭素圧力を加えるための手段とを含む。

二酸化炭素透過性である壁の外側に二酸化炭素圧力を加えるための手段は、加圧二酸化炭素の入口に接続され、そこを通る二酸化炭素に対して透過性である壁を含むパイプの少なくとも一部を含む気密チャンバを含んでもよい。

有利には、水、溶解した二酸化炭素、及び添加された鉱物の間の混合物を最適化するために、内部を循環する水に乱水流を生成する静的ミキサー、例えば螺旋状インサートがパイプの出口に配置される。

固体形態の所定量の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムを導入するための手段は、好ましくは、二酸化炭素と水との反応を触媒して重炭酸塩を形成することができる酵素の下流に配置される。

所定量の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムを導入する手段は、例えば、鉱物カラム及び／又は粉末インジェクタである。

粉末インジェクタは、例えば、パイプを通過する水の流量に応じて微量の粉末を分配するマイクロドージング装置であってもよい。濃縮された溶液又は粉末が分配される頻度及び分配される体積は、螺旋状インサートの有効性を最適化し、システムの出口で経時的に明確に一定の濃度の水を得るために、再ミネラル化される水の循環流量に従って予め決定される。

鉱物カラムは、例えば、ドロマイト粒子（少なくとも５０％のドロマイトを含む岩石）のベッドを含むＡｋｄｏｌｉｔ（登録商標）ＣＭタイプのカラムであってもよい。

有利には、本発明の方法を実施するためのシステムは、再ミネラル化される水の入口及び再ミネラル化水の出口及び二酸化炭素をカートリッジに導入するための手段を含むカートリッジであり、当該カートリッジは、鉱物ボールと、二酸化炭素と水の反応を触媒して炭酸、次いで重炭酸塩を形成する酵素がグラフトされたボールとの混合物を含む。好ましくは、二酸化炭素をカートリッジに導入するための手段は、混合ボールのベッドを通る二酸化炭素の循環を可能にするように配置され、水の入口及び出口は、混合ボールのベッドを通る水の循環を可能にするように配置される。

鉱物ボールは、好ましくは炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムを含むが、水酸化マグネシウム及び／又は水酸化カルシウム及び／又はドロマイト及び／又はマグネサイト（ＭｇＯ）を含むこともできる。

ボールという用語は、球形を意味せず、ボールは不規則な形状を有することができる。

鉱物ボール及び酵素がグラフトされるボールは、好ましくは同じサイズを有するが、異なる寸法を有してもよい。

例えば、鉱物ボールは、Ｒｈｅｉｎｋａｌｋ Ａｋｄｏｌｉｔ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧによって販売されている、主に炭酸カルシウムを含むＡｋｄｏｌｉｔ（登録商標）Ｈｙｄｒｏ－Ｃａｌｃｉｔ製品、又はＡｋｄｏｌｉｔｔ（登録商標）ＣＭ（Ｍａｇｎｏ Ｄｏｌ）のように、０．５～４．５ｍｍの粒径を有する。

酵素がグラフトされるボールは、例えば、１０ミクロン～３．５ｍｍの粒径を有することができる。

炭酸脱水酵素などの酵素を使用したＣＯ_２の水への溶解が公知であるとすれば、本発明の核心は、この工程と、所定の鉱物濃度での低０鉱物含有量の水の即時かつインライン再ミネラル化のための鉱物、好ましくは固体形態の、特に炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムの導入との組み合わせである。水の硬度及び味に重要なのは、主にカルシウム及びマグネシウム並びに炭酸の溶解である。水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウム又は塩化物を溶解するための多くの方法が記載されている。しかし、これらの塩は、含有量が著しく高い炭酸を導入することができず、したがって、総合的な鉱物バランスを複雑にする他の塩を通して炭酸を導入する必要がある。したがって、本発明の方法は、カルシウム及び／又はマグネシウム並びに重炭酸塩の両方が豊富な水を得ることを可能にする。

本発明の方法は、ＣＯ_２の水への供給、酵素によるその変換速度、したがって溶解した鉱物の量を正確に制御することを可能にする。

本発明の方法はまた、システムの出口できれいな水を得ることを可能にし、その実施を可能にする。家庭規模であっても工業規模であっても、再ミネラル化水が流れるパイプ及び／又は導管が、水の流量の変動、システム効率の低下及び高いメンテナンスコストにつながる可能性がある固体粒子の蓄積によって詰まりを起こさないように、きれいな水を得ることが不可欠である。きれいな水はまた、エンドユーザによって望まれる。

鉱物又は炭酸又は重炭酸塩を除去することなく、生成された水中の微量の酵素又は酵素残留物をすべて除去するために、酵素の下流で、パイプに沿って有機物を選択的に保持する選択フィルタを配置することも有利であり得る。そのような選択フィルタは、例えば、活性炭フィルタ又は同様の機能を有する任意の他のフィルタであってもよい。

本発明は、添付の図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態の以下の説明を使用してよりよく理解される。

本発明の第１の実施形態を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示す図である。 本発明の第４の実施形態を示す図である。 本発明によるカートリッジを示す図である。

図１を参照すると、少なくとも部分的に脱塩された水を再ミネラル化するためのシステム１は、入口３から出口４に水を循環させるためのパイプ２であって、入口と出口の間に二酸化炭素の入口５と、二酸化炭素の反応を触媒することができる酵素１０、例えば炭酸脱水酵素がグラフトされたボール９を含む区画又はカートリッジ６と、粉末インジェクタ７と、静的ミキサー８が配置される。

二酸化炭素（ＣＯ_２）の入口５は、当業者に公知の水流にＣＯ_２を導入する任意の手段、例えば、加圧二酸化炭素源、例えばＣＯ_２発生器又はシリンダに接続され、ＣＯ_２の流量を調整するためのバルブを含む管であってもよい。ＣＯ_２入口の設備の種類は、主にシステムのサイズ、特に管理される水の流量及び量に依存する。

二酸化炭素の反応を触媒することができる酵素１０、例えば炭酸脱水酵素がグラフトされたボール９を含む区画６は、典型的には、水処理に一般的に使用されるイオン交換樹脂の任意のカラムと構造が類似している。ボールは、ポリアミド樹脂、セルロース誘導体、多糖誘導体、又は当業者に公知の技術である酵素グラフト化に適した任意の他のポリマーで作製することができる。

粉末インジェクタ７は、所定量の粉末を注入する手段である。これは、例えば、マイクロドージングバルブもしくはポンプなどのマイクロドージングデバイス、又は微粉化粉末のマイクロドージングデバイスであってもよい。そのような装置は、例えば、その直径が１００～４００ミクロンである投与ノズルを含む超音波システム、又は例えばＸ Ｌｕ，Ｓ Ｙａｎｇ及びＪＲＧ Ｅｖａｎｓ（Ｍｉｃｒｏｆｅｅｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｎｏｚｚｌｅ ｄｅｓｉｇｎｓ；Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，２００９；Ｄｒｙ ｐｏｗｄｅｒ ｍｉｃｒｏｆｅｅｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓｏｌｉｄ ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ｓｏｌｉｄ Ｆｒｅｅｆｏｒｍ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ，２００６；Ｍｅｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ｏｆ ｐｏｗｄｅｒ：ｔｈｅ ｑｕｅｓｔ ｆｏｒ ｎｅｗ ｓｏｌｉｄ ｆｒｅｅｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１７８（１），５６－７２．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｐｏｗｔｅｃ．２００７．０４．００４）によって記載されているものなど、３Ｄ印刷で使用されるものと同様のシステムを含むことができる。

インジェクタ７によって注入される粉末は、好ましくは炭酸カルシウム及び／又は炭酸マグネシウムである。

例えば、合成粉末又は微粒子化アラゴナイトを使用することができる。アラゴナイトは、高温及び高圧下で、安定な多形形態の炭酸カルシウムであるが、周囲条件下で安定な他の２つの多形は方解石及びバテライトである。海洋性魚卵状アラゴナイトは、特にバハマ及びフロリダが原産である。合成粉末は、粒子に特定の特性及び寸法を与える特別な条件下での沈殿によって得られる、例えば炭酸カルシウムなどの非常に特異的な鉱物塩を指す。例えば、Ｂｒｅｃｅｖｉｃ，Ｌ．及びＫｒａｌｊ，Ｄ．による論文（２００７；ｏｎ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅｓ：ｆｒｏｍ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｃｒｏａｔｉｃａ Ｃｈｅｍｉｃａ Ａｃｔａ，８０（３－４），４６７－４８４）は、多形形態の炭酸カルシウムを得るための技術を概説している。この論文は、特に、結晶形態（方解石、バテライト）又は水和形態よりも安定性が低いが、本発明の方法を実施するために有利に使用することができるより高い溶解速度を有する非晶質炭酸カルシウムの形成を記載している。アラゴナイトは合成によっても得ることができる。炭酸カルシウム及び／又は炭酸マグネシウムの合成粉末は、例えば、好ましくは少なくとも部分的に非晶質形態で使用することができる。

水に溶解される鉱物の性質又は量に応じて、いくつかの連続する粉末インジェクタをパイプ２に沿って配置することができる。

静的ミキサー８は、例えば螺旋状ミキサーである。ミキサーは、水流中の濁度を増加させ、注入された粉末の溶解を改善する。

実際には、低い鉱物含有量の水、例えば、湧水、脱塩水（ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｓｅｄ ｗａｔｅｒ）又は脱塩水（ｄｅｓａｌｉｎａｔｅｄ ｗａｔｅｒ）が入口３でパイプ２に入る。

ＣＯ_２は、ＣＯ_２入口５で気体形態で注入される。水は、区画６に入る前に少量の割合で溶解するＣＯ_２で充填される。

この区画６では、酵素と接触し、酵素の作用下で、ＣＯ_２の溶解部分が水と反応して、式Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２⇔Ｈ_２ＣＯ_３⇔ＨＣＯ_３ ^－＋Ｈ^＋に従って炭酸及び／又は重炭酸塩を形成する。重炭酸塩はそのイオン形態で水に可溶性であり、その形成は水のｐＨ値の低下をもたらす。

好ましくは、炭酸脱水酵素の作用によって得られるｐＨは、４．５～５．５、より好ましくは４．９～５．４である。

酵素の作用は、水へのＣＯ_２の溶解のバランスをシフトさせ、他のインライン技術では得ることができない、すなわち区画６内の水の流れを止めることなく重炭酸塩の濃度を達成することを可能にする。本出願人はまた、予想され得ることとは反対に、酵素によって誘導されたこのバランスが、区画６から流れる水の中で数秒間維持され、これにより、水が酸性化されて再ミネラル化が起こるパイプの部分に到達するのに十分な時間が与えられることを観察した。したがって、「インライン」態様は、ここでは特に有利である。

活性炭フィルタ、又は有機物の任意の他の選択的フィルタを、例えば粉末インジェクタ７の前又は後にシステムに挿入することができる。これは、鉱物及び／又は炭酸又は重炭酸塩の組成を変更することなく、水から可能性のある微量の酵素又は酵素残留物を除去するのに役立つ。

区画６の出口では、低い鉱物含有量及び高い重炭酸塩含有量を有する水は、水の流量及び所望の鉱物含有量によって決定される一定の頻度で、決定された量の粉末７、典型的には炭酸カルシウム及び／又は炭酸マグネシウムの注入によって再ミネラル化される。粉末は、ＣＯ_２の溶解によって水のｐＨ値が減少したおかげで、最適化された速度で循環する水に溶解する。炭酸脱水酵素は、ＣＯ_２の十分な溶解がインラインで、すなわち完全に溶解するまでタンク内の水を止めることなく起こるために必須である。

これらの２つの化学種、マグネシウム及びカルシウムは、実際には、インラインで、すなわち再ミネラル化される水で長時間粉末を撹拌する必要なしに溶解することが特に困難である。カルシウム及びマグネシウムが豊富なミネラルウォータに見られる濃度と同様の濃度は、上記の酵素の作用なしに達成することは特に不可能である。

したがって、本発明のシステムは、国際出願ＥＰ２０１８／０５７８６８号出願に記載されているように、所定の鉱物含有量を有するミネラルウォータのインライン製造システムに特に有利であることを証明することができる。

例えば、その組成が前述の文献の表１に記載されているＧｅｒｏｌｄｓｔｅｉｎｅｒ（登録商標）タイプのミネラルウォータを以前の脱塩水から再生するためには、１８１６ｍｇ／Ｌの重炭酸塩、３４８ｍｇ／Ｌのカルシウム及び１０８ｍｇ／Ｌのマグネシウムが提供されなければならない。Ｄｅｓａｌｉｎｉｓａｔｉｏｎ ３９６，（２０１６）３９－４７、（表１、実行６）で得られた結果を考慮すると、最大で５．９の最終ｐＨ値を得ることが可能であるが、ＣＯ_２が気体形態で導入された溶液をドロマイト上に１２分超通過させることによって、２０ｍｇ／Ｌのカルシウム（０．５３ｍｍ Ｃａ^２＋）及び８ｍｇ／Ｌのマグネシウム（０．３６ｍｍ Ｍｇ^２＋）の最大濃度を得ることができる。したがって、Ｇｅｒｏｌｄｓｔｅｉｎｅｒ（登録商標）水の組成を再現することはほとんど不可能であろう。

二酸化炭素をパイプに導入するために、気体形態のＣＯ_２を直接添加する以外の手段がある。

図２を参照すると、少なくとも部分的に脱塩された水を再ミネラル化するためのシステム２１は、図１に記載されるように、二酸化炭素を導入する手段２５が間にある入口３から出口４に水を循環させるためのパイプ２と、二酸化炭素の反応を触媒することができる酵素１０、例えば炭酸脱水酵素がグラフトされたボール９を含むカートリッジ６と、粉末インジェクタ７と、静的ミキサー８とを含む。

ここで、二酸化炭素を導入するための手段２５は、ＣＯ_２のための入口２３及び出口２４を備えたチャンバ２２を含む。パイプ２は、入口３の後、網目構造区画２７内に続き、ここでパイプは、チャンバ２２に沿って延びるいくつか又は１つの束の中空繊維２６（ここでは４つが示されている）に分割され、第２の網目構造区画２８まで延び、ここで中空繊維２６は、パイプがチャンバ２５を出る前に合流する。ここで、中空繊維２６は、ＣＯ_２透過性の膜を用いて作製されたチューブである。ＣＯ_２のための入口２３及び出口２４は、チャンバ２２内の圧力を調整するのに役立つバルブ（図示せず）を備えている。そのようなモジュールは、例えば、ガスの圧力を加えることができるカートリッジを通って延びる４０本のポリプロピレン／エポキシ中空繊維を含む３Ｍ社のＭｉｎｉＭｏｄｕｌｅ（登録商標）であってもよい。

一般的に、ＣＯ_２透過性膜の外壁に加えられるＣＯ_２圧力は、室温で１～６バールであることが好ましい。

実際には、パイプ２内を循環する水は、中空繊維２６を通って流れる。網目構造区画２７及び２８は、パイプを束に分割し、束を単一の流れにグループ化する間に水の流れ及び圧力を管理するのに役立つ。

二酸化炭素は、束内を循環する水中のＣＯ_２の通過を助けるために、循環水中のＣＯ_２圧力よりも高い圧力が存在するように、入口２３によってチャンバ２２に導入される。ＣＯ_２用の入口２３及び出口２４に配置されたバルブは、所望の結果、すなわちカートリッジ６内の酵素と接触した後に反応し得るＣＯ_２の量及び粉末鉱物の適切な溶解のために後で達成されるｐＨ値に応じて、水に導入されるべきＣＯ_２の量に従ってこの圧力を調整するのに役立つ。

二酸化炭素透過性の膜の束を通すこのタイプのチャンバは公知であり、大気中へのＣＯ_２の放出を制限するために工業用ガスからＣＯ_２を抽出するために使用される。一般に、ＣＯ_２は、ＣＯ_２の溶解を改善する様々な溶媒を含む水溶液によって吸着される。しかし、これらのシステムは、ここでの場合のように、所定量のＣＯ_２を除去することができない。さらに、水処理の一部として、人間の消費を考慮すると、ＣＯ_２の除去を改善するために溶媒を使用することは不可能である。

パイプを束に分割することにより、ＣＯ_２透過性の膜の孔を介して、チャンバ内の循環水とＣＯ_２との間の接触面を大きくすることができる。最適な接触面は、用途（工業用又は家庭用）及び処理される水の量に従って計算することができる。

ＣＯ_２透過性の膜に使用できる材料は、例えば、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））、ポリイミド、ポリオレフィンなどである。そのような膜は市販されており、例えば、Ｍｅｍｂｒａｎａ ＧｍｂＨによるＳｕｐｅｒｐｈｏｂｉｃ（登録商標）ＣｏｎｔａｃｔｓあるいはＣｅｌｇａｒｄ Ｘ４０－２００又はＸ３０－２４０などである。

ＣＯ_２のバブリングと同様に、この技術は、タンク内で水を不動化することなく、水を連続的に処理することを可能にする。

特に、カートリッジ６を取り外し、例えば酵素をポリマー材料に固定する標準的な技術を使用して、中空繊維２６の束の内側に酵素１０を直接固定することによって、処理ラインを更に最適化することができる。

図１～２と共通の要素に同様の番号が付けられている図３を参照すると、少なくとも部分的に脱塩された水を再ミネラル化するためのシステム３１は、入口３から出口４に水を循環させるためのパイプ２を含み、その間には図２を参照して説明したものと同様のチャンバ２２が配置され、その中を中空繊維２６の束が通っている。二酸化炭素の反応を触媒することができる酵素１０、例えば炭酸脱水酵素は、中空繊維の内部で膜の内壁に固定化される。

したがって、パイプ２を通過する水は、中空繊維２６の束に沿ってＣＯ_２が充填される。水が中空繊維２６を通って流れるとき、酵素１０の作用下でＣＯ_２が重炭酸塩に変換されるので、繊維に沿ったＣＯ_２の吸収を最適化することができ、より大量の重炭酸塩を生成することができる。したがって、カートリッジ６を取り外すことによって、パイプの長さを制限し、設置の全体的なコストを削減することが可能である。

ここで、粉末インジェクタ７及びミキサー８は、ユニット２５の下流に設置されている。静的ミキサーは、螺旋状ミキサーであると記載されているが、当業者に公知の任意の他のタイプのミキサーであってもよい。

粉末インジェクタは、パイプ内を循環する水に固体形態の鉱物を導入する唯一の方法ではない。

図４の装置は、図３の装置と同様の装置を示し、粉末インジェクタ７及び螺旋状インサート８は、鉱物カラム４７、ここでは例えばＡｋｄｏｌｉｔ（登録商標）ＣＭ（Ｍａｇｎｏ Ｄｏｌ）カラム、又は同じ原理で動作する任意の他のカラムに置き換えられている。カラムはパイプ２の一部であり、これはパイプ２の一部を表す。

上述した他のシステムに対しても同様の変更を行うことができる。

パイプ２内を循環する水は、ドロマイト顆粒のベッドを通過し、それらと接触した後、マグネシウム、カルシウム及び炭酸水素塩が充填される。水へのこれらの種の溶解は、ＣＯ_２の溶解によって水のｐＨ値が減少したおかげで最適化される。炭酸脱水酵素は、ＣＯ_２の十分な溶解がインラインで、すなわちタンク内の水を停止させることなく起こるように、十分に長く水の酸性化バランスをシフトさせるために不可欠である。

記載されたすべての実施形態では、パイプ内にＣＯ_２を導入するための手段の上流及び／又は下流に配置された、複数の粉末インジェクタ及び／又は複数の鉱物カラム又は２つの組み合わせを有することが可能である。例えば、ＣＯ_２の導入の上流にインジェクタを配置して、溶解される粉末の一部を注入することができ、例えば、鉱物カラムを下流に設置して鉱物含有量を補足することができる。したがって、溶解は、いくつかの段階で実行され、システムのより長い部分にわたって分配することができる。

水に溶解される鉱物の性質に応じて、ＣＯ_２の導入あるいは炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウム粉末の注入の前又は後に、一部を別々に注入することができる。

国際出願ＥＰ２０１８／０５７８６８号に記載されているような家庭内設備では、数ヶ月後、酵素活性が低下した際に交換しなければならない消耗カートリッジの形態のユニット２５を提供することが可能である。

工業設備の場合、ユニット２５を交換可能な、場合によってはリサイクル可能なカラムの形態で提供することも可能である。

図５は、カートリッジ５１の形態の本発明の別の実施形態を示す。

カートリッジ５１は、ここではカートリッジの上部に、再ミネラル化される水のための入口５３と、ここではカートリッジの底部に、再ミネラル化水のための出口５４とを含む。カートリッジへの二酸化炭素５５の導入は、ここではカートリッジの下部にある二酸化炭素の入口５６を介して、区画６１を介して行われる。区画６１は、混合ボール５９及び５７のベッド６７との界面６３を有する。ボール５７は鉱物ボールであり、ボール５９は、二酸化炭素と水との反応を触媒して炭酸を形成し、次いで重炭酸塩を形成する酵素６０を支援する。混合ボールのベッド６７は、ここではカートリッジの大部分を占めるシリンダである。カートリッジの上部において、混合ボールのベッド６７は、二酸化炭素出口５８に接続された区画６２との界面６４を有する。

カートリッジ５１に入る水は、ベッド６７を通って循環するが、区画６１及び６２には入らない。二酸化炭素は、区画６１、次いで混合ボールのベッド６７、最後に区画６２を通過する。二酸化炭素入口６１及び出口６２の区画は任意であるが、ベッド６７を通過する二酸化炭素の流量及び圧力を調整するのを支援することができる。

例えば、圧力計及び／又はバルブシステムを有する他のシステムを提案することができる。

混合ボールのベッド６７と二酸化炭素入口６１及び出口６２区画との間の界面は、例えば、ベッドを通る二酸化炭素のバブリングを可能にするが、水の通過を可能にしない膜であってもよい。また、バルブを備え得る単純な管であってもよい。

ここでは、二酸化炭素が水の流れに逆らって導入されることに留意されたい。これは、混合ボールのベッド６７内の二酸化炭素の滞留時間を増加させる。

カートリッジ５１は、水入口５３及び水出口５４に、家庭用又は工業用水道システムへの容易な接続手段を、場合によっては軟化ユニット又は脱塩ユニットなどの他のユニットの下流に設けて、容易に交換できるようにすることができる。当業者に公知の任意の適切な手段をここで考慮することができる。二酸化炭素の入口と出口についても同様である。

本発明は、ミネラルウォータの製造に限定されず、例えば、国際公開第２０１９０２０２２１号の出願の方法及びシステムにおいて使用されているものなどの鉱物濃縮物を製造するために、又は医薬鉱物濃縮物のために使用することもできる。

Claims (17)

1. 水のインラインミネラル化の方法であって、
   脱塩水が、二酸化炭素と水との反応を触媒して重炭酸塩を形成するための酵素（１０、６０）が固定化されているパイプ（２；６７）内を循環することと、
   前記パイプ（２）に二酸化炭素を導入することと、
   所定量の固体鉱物を循環水に導入することと、を含む、上記方法。
2. 一定量の鉱物を導入するために、
   鉱物粉末（７）を注入すること、及び／又は
   水が鉱物カラム（６７）を通ってパイプ内を循環すること、を含む、請求項１に記載の方法。
3. 酵素の性質及び量並びに導入される二酸化炭素の量が、所定のｐＨ値を得るように選択される、請求項１及び２のいずれかに記載の方法。
4. 前記パイプ（２；６７）が、その長さの少なくとも一部にわたって二酸化炭素透過性であり、前記パイプの外壁に二酸化炭素圧力を加えることによって二酸化炭素がパイプ内に導入される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 二酸化炭素と水との反応を触媒して重炭酸塩を形成する前記酵素が炭酸脱水酵素である、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記脱塩水が、一緒に混合された、鉱物ボール（５７）と、酵素（６０）がグラフトされたボール（５９）とを含む鉱物カラム（５１）を通って循環される、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 二酸化炭素がバブリングによって導入される、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 二酸化炭素が水流に逆らってバブリングされる、請求項７に記載の方法。
9. 前記鉱物が、炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムを含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記水が、前記酵素の下流に配置され有機物を選択的に保持するフィルタを通って循環される、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
11. 脱塩水用の再ミネラル化システム（１、２１、３１、５１）であって、入口（３、５３）から出口（４、５４）に水を循環させるためのパイプ（２）を含み、前記パイプに沿って以下の、
    二酸化炭素を前記パイプに導入するための手段（２５、５６）、
    二酸化炭素と水との反応を触媒して重炭酸塩を形成することができる、前記パイプの内部に固定化された酵素（１０、６０）、及び
    好ましくは炭酸マグネシウム及び／又は炭酸カルシウムを含む、所定量の固体鉱物を導入するための手段（７、６７）が配置される、再ミネラル化システム。
12. 前記二酸化炭素を前記パイプに導入するための手段が、パイプ（２、５１）の長さの少なくとも一部にわたって二酸化炭素透過性の壁（２６、６３）と、二酸化炭素透過性である前記壁の外側に二酸化炭素圧力を加えるための手段（２４、６１）と、を含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 二酸化炭素透過性である前記壁の外側に二酸化炭素圧力を加えるための前記手段は、加圧二酸化炭素の入口（５４、５６）に接続され、二酸化炭素透過性である前記壁を含む前記パイプの少なくとも一部を通過する気密チャンバ（２２、６１）を含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 所定量の鉱物を導入するための前記手段が、粉末インジェクタ（７）及び／又は鉱物カラム（４７、６７）を含む、請求項１１から１３のいずれかに記載のシステム。
15. 再ミネラル化される水のための入口（５３）及び再ミネラル化水のための出口（５４）及び二酸化炭素をカートリッジに導入するための手段（５６）を含むカートリッジ（５１）の形態で配置され、前記カートリッジが鉱物ボール（５７）と、二酸化炭素（５５）と水との反応を触媒して炭酸、次いで重炭酸塩を形成する酵素（６０）がグラフトされたボール（５９）との混合物を含む、請求項１１から１４のいずれかに記載のシステム。
16. 二酸化炭素を前記カートリッジに導入するための前記手段（５６）が、好ましくは水の循環に逆らって、前記混合ボールのベッド（６７）を通る二酸化炭素（５５）の循環を可能にするように配置される、請求項１５に記載のシステム。
17. 有機物を選択的に保持するフィルタが、前記酵素の下流で、前記パイプに沿って配置される、請求項１１から１６のいずれかに記載のシステム。

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