JP6117239B2 - 海水の代用、ミネラルの強化のための天然塩配合物を調製する方法 - Google Patents

海水の代用、ミネラルの強化のための天然塩配合物を調製する方法 Download PDF

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Description

発明の分野
本発明は、海水の代用、ミネラルの強化のための天然塩配合物を調製する方法に関する。より具体的には、本発明は、海水の天日乾燥、および適切に混合して望ましい固体組成物を得ることができる3部へと分画することに関する。これらの固体配合物は、簡単な輸送に適しており、水槽において海洋藻類/微生物の培養に使用でき、特に近辺で海水が利用できない場合に、海水の使用を要求する他の海洋用途にも使用できる一方、TDS(完全溶解固体物質)が少ない水の強化、および関連した用途にも使用できる。
発明の背景
海水は化学物質の宝庫であり、73種以上の元素を溶解した状態で含有する。海岸立地は豊富な海水を有するが、内陸地域は海水を有さない。しかし、後者の地域でも、海水が多様な目的で必要となる場合がある。海水の輸送はコストが高く、困難な問題であるため、海水を模倣した組成物を構成するために、多くの労力が払われてきた。しかし、これらは海水の正確なレプリカではなく、このような意味では、これらは、配合物ごとに異なる非標準的な組成物である。すべてに対して共通していると思われる唯一の点は、その法外な価格であり、それによって、海岸線の恩恵を受けていない立地において、そのような海水の用途の範囲がさらに限定される。
真水は、我々が飲用し、農業にも使用するものである。多くの場合、水、特に脱塩プラントから得られる水は、栄養であるミネラルがひどく不足している。実際に、脱塩方法が塩化ナトリウムだけではなく、必須ミネラルも排除することは残念であり、たとえば、逆浸透に基づく脱塩の場合、ミネラルは優先的に排除されて、悪い状況をさらに悪化させる。この問題は、再ミネラル化により緩和できるが、多くのプラントは、それに伴う追加コスト、特に栄養塩類のコストの高さのために、再ミネラル化を実践していない。
35種のある元素およびイオンならびに他の化学的パラメータについて、様々な市販の合成海塩ミックス8種を分析したことが報告されている、「Elemental composition of commercial sea salts」、M.J.Atkinson and C.Bingham(著)(Journal of Aquariculture and Aquatic Sciences、1997、Volume VIII、No.2、Page 39〜43)という論文を参照されたい。大半の塩において、大部分のカチオンおよびアニオンは、海水の10%以内であったが、微量構成成分の量に著しい差が生じた。「総CO2が約20倍変動し、Bが、0.36から4.90mmolkg-1に約13倍変動し、リン酸塩の濃度が、0.05μmolkg-1のきわめて低い値から1.2μmolkg-1の中等度の濃度に24倍変動し、硝酸塩が0.79から18.4μmolkg-1に変動し、大半の遷移金属が、通常の海水と比較して、実質的により高い濃度で存在することが見出された。したがって、分析された塩には、乾燥させた海水を模倣した天然塩組成物と考えられるものがないことは明白である。
http://web.archive.org/web/20001215070800/http:/www.animalnetwork.com/fish2/aqfm/1999/mar/features/1/default.aspを参照されたい。人工海水を固形で生成できる鹹水の様々な源が、以下の表に列挙されている。これらの組成物の大半には、海水に存在する必須微量元素が含まれない。これらの原料の別の欠点は、前述の組成物を有するこれらの生成物が、常に高価ということである。これらは、海水150〜200ガロンにつき45〜70USDの価格帯で利用でき、天然海水のものより2Rs./リットルの割増コストになる。
Figure 0006117239
塩化ナトリウム50〜55%(wt)塩化マグネシウム30〜32%(wt)無水硫酸ナトリウム7〜10%(wt)塩化カルシウム2〜4%(wt)塩化カリウム2〜4%(wt)炭酸水素ナトリウム0.1〜1%(wt)ホウ酸0.001〜0.010%(wt)を混合したものを含む合成海塩を調製する方法を開示する、US2005/0193956 日付:08/09/2005 Axelrod,Glen S.らを参照されたい。本発明は、純粋な化学物質に由来する合成海塩ミックスの調製について報告する。
飲用目的に理想的な水組成物を論じる、「Guidance from Secondary Data for Re−mineralisation of RO Water」Srivastavaら(Journal of Indian Water Works Association、January−March 2010 issue、pp.50〜52)という論文も参照されたい。そのような脱塩水を再ミネラル化する必要性が、この論文により明らかになる。
よく知られた媒体、たとえば海洋微生物を培養するZobell marine brothおよびASNIIIの使用について開示する、Gordon Satoら(Cytotechnology (2011) 63:201〜204)、および先行技術に関する他の多くの論文を参照されたい。
上記を考慮すると、上に記載した必要性を満たす、安価で効果的、かつ均一な塩組成物の発明が必要である。
発明の目的
本発明の主な目的は、海水の代用、ミネラルの強化のための天然塩配合物を調製する方法を開発することである。
本発明の別の目的は、安価であり、さらに割り当てられた役割に有効な、海水に由来する天然塩配合物を提供することである。
本発明の別の目的は、太陽エネルギーを使用して、海水を乾燥形態に変換することである。
本発明のさらに別の目的は、本来の立地からの、汚染物を含まない海水を利用することである。
本発明のさらに別の目的は、海水を、単体で、または組み合わせてのいずれかで使用できる、大別して3つの組成物に分画することである。
本発明のさらに別の目的は、消費者が、海水自体または商業用の配合物で可能となる使用よりも、優れた汎用性の利益を得られるようにすることである。
本発明のさらに別の目的は、海洋微細藻類が、Dry Seaを用いて調製した海水において、天然海水と同様に成長することを示すことである。
本発明のさらに別の目的は、好塩性細菌(HalomonasおよびPseudomonas属種)が、Dry Seaを用いて調製した海水において、天然海水と同様に成長することを示すことである。
本発明のさらに別の目的は、Dry Sea−MFの比率を適切に変動させるTDSを増加または減少させることにより、天然海水の特性を改善することである。
本発明のさらに別の目的は、海水のNaClをほとんど含まないが、それ以外の他の構成物を有する理想的な塩混合物を配合することであり、健康によい、ミネラルを強化した飲料水および灌漑用水を生成するために、TDSが少ない水の再ミネラル化に利用できる。
本発明のさらに別の目的は、市販の塩の使用に伴うコストと比較して、わずかなコストでこれらの配合物を生成することである。
本発明のさらに別の目的は、透水しない蒸発池において上記塩を生成して、すべての構成物を、損なわれないままで維持することである。
本発明のさらに別の目的は、泥および粉塵を含まない塩配合物を得ることである。
本発明のさらに別の目的は、管理条件下で、多様な用途の塩の調製を行うことである。
したがって、本発明は、天然塩配合物を調製する方法であって;
a)2.5〜4.0°Beの海の鹹水を採取するステップと;
b)ステップ(a)で得た海の鹹水に、25°Beの密度まで天日乾燥を施して、実質的に塩化ナトリウムを含まず、カルシウム、硫酸塩および炭酸塩/炭酸水素塩を主な構成成分として含有する、分画Iの塩組成物、ならびに塩化ナトリウムおよび他の構成成分に富む鹹水を得るステップと;
c)ステップ(b)で得られた鹹水を、別の結晶池に供給し、塩化ナトリウムの純度について特に意識することなく、28.5〜31.0°Beの密度に達するまで飽和鹹水の天日乾燥を続けて、海水中の塩化ナトリウムの多くを分画IIとして分離し、NaClをほとんど含まない母液であるにがりを残すステップと;
d)直射日光下で、ステップ(c)で得た塩を収穫するステップと;
e)ステップ(c)で得た母液であるにがりを、別の結晶池に供給し、固形化段階に近づくように天日乾燥を続けて分画IIIを得るステップと;
f)ステップ(e)で得た結晶化した塩を収穫するステップと;
g)ステップ(b)、(d)および(f)で得た分画(I)、(II)および(III)を、これらを得た比率で混合し、dry seaを模倣した天然塩配合物を生成するステップと;
(h)分画(I)および(III)のみを、1:3〜1:6の範囲の比で混合し、実質的に塩化ナトリウムを含まないが、海水中の他の構成成分、特にカルシウム、マグネシウム、カリウム、炭酸塩/炭酸水素塩、硫酸塩および微量元素を含有する天然塩配合物を得るステップ
を含む前記方法を提供する。
本発明の一態様において、ステップ(a)で得た海の鹹水を、ステップ(b)で蒸発させるために池に入れる前に、凝析もしくは普通の濾過、または好ましくは限外濾過により浄化して、嚢子、胞子および微生物を含む浮遊物質を分離した。
本発明の別の態様において、3〜5%(w/w)の自由含水率を有するステップ(b)で回収した分画Iの塩組成物をさらに蒸発させる前に多少水分を含ませるために、ステップ(e)の母液に任意で加え、蒸発量をある程度減らす一方で、取り扱える程度まで乾燥している生成物を得る。
さらに別の態様において、塩を真水源に再溶解することにより、ステップ(g)で得た天然塩配合物を海水の再構成に使用した。
さらに別の態様において、海の鹹水から単離した天然粗製塩分画の、コスト効率が高い海水の再構成およびミネラルの強化のための使用、前記分画が以下の組成物を有する:
(i)海水中の多くのカルシウム、炭酸水素塩/炭酸塩、および一部の硫酸塩を含有し、絶対量がCO2濃度およびpHに依存する少量のCO32−/HCO3−に加え、Ca2+=20〜23%(w/w)、Mg2+=0.05〜0.2%(w/w)、Na+=0.75〜1.5%(w/w)、SO42−=48〜54%(w/w)、Cl−=2.3〜3%(w/w)、および海水中に存在し、付着した鹹水から共結晶化もしくは収蔵してもよく、またはそのままであってもよい微量の他の構成成分を含む分画I;
(ii)分画IおよびIIIにおけるNaCl含有量を最小化することを念頭におき、塩化ナトリウムの純度について特に意識していないで分離した、本質的に海水中の塩化ナトリウムからなる分画II;
(iii)海水中の多くの塩化ナトリウムを除く有用な構成成分、たとえば、マグネシウム、硫酸塩およびカリウムを有し、Ca2+=0.08〜4.15%(w/w)、Mg2+=11〜15%(w/w)、Na+=3〜6%(w/w)、SO42−=16〜19.5%(w/w)、Cl−=38〜40%(w/w)、K+=3.5〜4.5%(w/w)を含む分画III。
さらに別の態様において、ミネラルが不足している水の強化のための、海の鹹水から単離した天然粗製塩分画の使用、分画(I)および(III)の混合を1:3〜1:6の比で実行した。
さらに別の態様において、海水の再構成のための、海の鹹水から単離した天然粗製塩分画の使用、分画(I)、(II)および(III)の混合を、それらを得た重量比と同一の重量比で実行した。
さらに別の態様において、天然塩配合物は、水槽における海洋動物相および植物相の生存および成長に有用であった。
さらに別の態様において、天然塩配合物は、海洋細菌および微細藻類の成長に有用であり、普通の海水または特殊な媒体、たとえばZobell marine brothおよびASNIIIという媒体の代用物として有用である。
さらに別の態様において、加える塩の量を変化させることにより、海水の塩分を望み通りに変化させる。
さらに別の態様において、得た天然塩配合物を、10〜250mg.L-1の完全溶解固体物質を有する、ミネラルが不足している水の強化に使用して、300〜500ppmの完全溶解固体物質を有し、カルシウム、マグネシウム、カリウム、炭酸水素塩および硫酸塩が望ましい量であり、飲料および灌漑用水に対して様々な基準で規定される塩化ナトリウムの値が低い、栄養に富んだ水を得ることができる。
さらに別の態様において、海の鹹水を、分画することなく継続的に蒸発し、請求項1のステップ(g)で請求されているものと類似した塩配合物を得る。
さらに別の態様において、海の鹹水の蒸発を、強制蒸発法を部分的または完全に用いる一層管理された条件下で行うことができる。
さらに別の態様において、表面を増やすこと、加熱すること、またはマイクロ波処理のような知られている手段を施すことにより、水中の塩の再溶解を促進した。
さらに別の態様において、使用する前に、塩の溶液を濾過して、粗大物および細かい浮遊物質を除去する。
本発明の態様において、Dry Sea−MFの調製に使用する鹹水は、海水である。
本発明のさらに別の態様において、様々な段階で分離された塩の分画は、様々な比率で混合し、その特定の用途に対して望ましい組成物を得ることができる。
本発明のさらに別の態様において、Dry Sea−MFは、周囲条件下で得られる。
本発明のさらに別の態様において、Dry Seaから調製される媒体は、海洋微生物/魚の培養/養殖に関して、海水の媒体と同一の結果をもたらす。
本発明のさらに別の態様において、Dry Sea−MFは、RO/ED脱塩水を強化して飲料水を得るために利用できる。
本発明のさらに別の態様において、生成したDry Seaは、商業市場で入手可能な合成海水ミックスより優れている。
本発明のさらに別の態様において、Dry Seaは、天然の海水の代わりに海洋水槽に使用できる。
本発明のさらに別の態様において、塩配合物はコスト効率が高く、あらゆる天日製塩により生成できる。
略称および定義
TDS:完全溶解固体物質
ASN III:人工海水の栄養媒体
ボーメ度:明細書を通して、鹹水の密度は、°Beという用語で定義されており、これは天日製塩において鹹水の密度を測定するために、便利で、幅広く使用されている尺度である。これは溶液100gに溶解した塩の量を直接的に測定する。米国のシステムにおいては、ボーメ度は、式:
比重=145/(145−°Be)
により、比重に関連している。
図1から4により、天然の海水媒体およびDry Seaから調製された媒体における類似した成長傾向が実証される。
通常の海水および本発明により調製された海水媒体における、Chlorella variabilisの成長プロファイルの比較。 作業容積150Lの水路池における、Dry Sea媒体対Zarrouk’s媒体におけるChlorella variabilisの成長プロファイルの比較。 ASN III媒体およびDry Seaの水の条件下における、Spirulina subsalsaの成長率。 Zobell marine brothおよびDry Seaの水の条件における、Bacillus licheniformisの成長率。
本発明の詳細な説明
本発明は、様々な操作、たとえば、海洋水槽、幅広い海洋微細藻類に対する培養媒体、農業、ミネラルの強化等のための海水の代替物として、コスト効率が高い天然塩配合物に関する。
海水を採取し、並んだ蒸発池に入れる。鹹水が25°Beに達するまで蒸発させ、その点まで結晶化した塩、主にカルシウムの炭酸塩/炭酸水素塩および硫酸塩を分離する。その後、鹹水を別の蒸発池に入れ、28〜29°Beまで蒸発させ続けると鹹水に存在する塩化ナトリウムの大部分が晶出する。塩化ナトリウムの結晶を分離した後、にがりと呼ばれる母液を第3の蒸発池に入れ、固形化段階に近づくまで蒸発させ、マグネシウム/カリウム塩および残った塩化ナトリウムを採取する。3つの池すべての内容物を完全に混合して、海水に元来存在する構成成分をすべて含有するDry Seaを得る。
上記方法の変化において、主にNaClを含む第2の分画を廃棄する一方で、第3の分画(にがり)の一部を、第1の分画において得た塩と混合して、全体が完全に固体化するまで蒸発させる。次いで、固体を砕き、混合して、カルシウム、マグネシウム、カリウム、炭酸水素塩/炭酸塩および硫酸塩に富んだ均一な組成物(Dry Sea−MFとする)を得る。2つの分画の比率は、様々な用途において、必要に応じて変動する。さらに、NaClの分画を避けることにより、新たな応用機会、たとえば脱塩水のミネラルの強化が発生する。
本発明は、
a)2.5〜4.0°Beの海の鹹水を採取するステップと;
b)海の鹹水に25°Beの密度まで蒸発を施すステップと;
c)25°Beの密度まで結晶化した塩を採取するステップと;
d)(b)の鹹水を別の結晶池に供給し、飽和鹹水を天日乾燥し続けて、27〜28.5°Beの密度まで塩を晶出させるステップと;
e)結晶池から母液を排出するステップと;
f)直射日光下で、塩を収穫するステップと;
g)(e)の母液を別の結晶池に供給し、固形化段階に近づくように天日乾燥し続けするステップと;
h)ステップ(g)で結晶化した塩を収穫するステップ
を含む、天然の海水から調製されるコスト効率が高い天然塩配合物を、様々な用途のための海水の代用物として提供する。
進歩性
主な進歩性は下記の通りである。
沿岸地帯から離れて位置する地区において、海水が利用できないが、これらの地区において海水が、特定の目的、たとえば調査の実施、海洋水槽の維持、海洋藻類の栽培等のために必要となる場合があることを認識すること。
海水を輸送するコストは高いため、海水に対するそのような必要性を満たすことが困難であるとさらに認識し、市場で入手できるコストに優れた合成塩組成物から海水を配合すること。
合成塩配合物が、ある使用者によって利用可能になるとしても、大部分の構成成分に加えて、海水に存在する少ない構成成分のすべてを配合物が含有するか否か、および確実に海水を得ることになるか否かは使用者には不明なので、使用者の意識に必ずしも信頼を植え付けなくてもよいことをさらに認識すること。
その後、海水を完全に乾燥でき、続いて塩が真水に再溶解される場合、同じ海水を取り戻せるであろうことを概念化すること。
塩の生成が、ほぼ完全な海水の乾燥を伴うことをさらに認識し、先行技術の利点を利用して、説明した目的のために適切な塩配合物を得る手段を考案してよいこと。
分画の結晶化を行い、次いで、大別して3つの分画において塩を採取できる場合、そのうち1つが主な構成成分、すなわち塩化ナトリウムであり、ミネラルの強化に使用するために配合物から除外できることをさらに認識すること。
目標は、分画IIにおけるできるだけ多くの塩化ナトリウムを分離することであり、純粋な塩化ナトリウムの生成ではないので、該方法においてこの行為が塩化ナトリウムをより不純にし得ることについて心配せずに、その後塩化ナトリウムの最大限の分離に集中することをさらに認識すること。
これらの3つの構成成分を得たときとまったく同じ重量比率で混合し、および完全溶解固体物質が初めの海水と同じように維持される場合、次いで正確に再構成した海水を有するであろうことをさらに認識すること。
大部分の構成成分を排除し、他の2つの分画をブレンドする場合、ブレンドは、次いでカルシウム、マグネシウム、カリウム、硫酸塩および炭酸水素塩の豊富な原料の役割を果たすことができ、それらのすべてが、一定の範囲内で飲料用水に、およびある限界まで農業用水にも存在すべき不可欠な構成成分であることをさらに認識すること。
多くの場合、脱塩水を含めて我々が飲用する水は、必須栄養素を欠いており、塩のコストが高いため、再ミネラル化は行われないことが多いことをさらに認識するステップ、および純粋な形状ではなく粗製形状で得る塩は、常により安く生成されるものであることをさらに認識すること。
農業用水の場合においても、ミネラル不足が報告されており、そのような水もミネラルの強化を必要としていてもよいことを認識すること。
分画IおよびIIIを、用途および供給水の状態に応じて、ミネラルの強化のために単体で、または適切な比でブレンドしてのいずれかで利用できることを認識すること。
以下の実施例は、本発明を例示する手段として示されており、したがって、本発明の範囲を限定すると解釈すべきではない。
例1:
Ca2+=0.1%(w/v)、Mg2+=0.27%(w/v)、Na+=2.3%(w/v)、SO4 2-=0.54%(w/v)、Cl-=4.1%(w/v)、K+=0.08%(w/v)の組成を有する10cu.M.の海水(7.2°Be)を、それぞれ12M.×2M.×0.23Mの理想的なサイズを有する2つの池に移した。池に250ミクロンのLDPEシートを敷いた。海水に、25°Beまで天日乾燥を施した。
a.Ca2+=20.02%(w/w)、Mg2+=0.37%(w/w)、Na+=1.1%(w/w)、SO4 2-=52.27%(w/w)、Cl-=2.97%(w/w)、K=微量の組成を有する25°Beで48kgの塩を、分画Iとして分離した。
b.25°Beの飽和鹹水を、LDPEシートを敷いた同じサイズの別の池に移し、28.5°Beまで天日乾燥を施した。Ca2+=0.1%(w/w)、Mg2+=0.35%(w/w)、Na+=38.6%(w/w)、SO4 2-=0.62%(w/w)、Cl-=59.3%(w/w)、K+=微量の組成を有する545kgの塩を、第2の池において結晶化し、分画IIとして採取した。
c.28.5°Beの密度を有する母液を、同じサイズの第3の蒸発池に移し、ステップ(a)で分離した分画−Iと混合し、蒸発させて乾燥段階を完了した。この時点で、組成Ca2+=4.15%(w/w)、Mg2+=11.4%(w/w)、Na+=5.8%(w/w)、SO4 2-=22.7%(w/w)、Cl-=39.1%(w/w)およびK+=3.8%(w/w)の組成を有する220kgの量の塩混合物を、混合した分画−IIIとして採取した。この方法で得た塩組成物は、Dry Sea−MFと呼ばれる。
例2:
Ca2+=0.03%(w/v)、Mg2+=0.11%(w/v)、Na+=0.88%(w/v)、K+=0.03%(w/v)、SO4 2-=0.22%(w/v)、Cl-=1.58%(w/v)を有する2.9°Beの密度である5cu.M.の海水を、250ミクロンのLDPEシートを敷いた、12M.×2M.×0.23Mのサイズの蒸発池に移し、25°Beまで蒸発させた。
a.Ca2+=21.0%(w/w)、Mg2+=0.08%(w/w)、Na+=1.1%(w/w)、SO4 2-=52.5%(w/w)、Cl-=2.8%(w/w)、K+=微量の組成を有する25°Beで6kgの塩を分画−Iとして収穫した。
b.この飽和鹹水(25°Be)を、LDPEシートを敷いた、同じサイズ(12M.×2M.×0.23M.)の別の池に移した。25°Beの海の飽和鹹水を28.5°Beまで蒸発させ、Ca2+=0.18%(w/w)、Mg2+=0.37%(w/w)、Na+=38.6%(w/w)、SO4 2-=0.62%(w/w)、Cl-=59.3%(w/w)およびK+=微量の組成を有する110kgの塩を分画−IIとして得た。
c.分画IIを分離した後に残った28.5°Beの密度の海水のにがりを、同じサイズの別の蒸発池に移し、蒸発を完了させた。Ca2+=0.11%(w/w)、Mg2+=14.4%(w/w)、Na+=4.2%(w/w)、SO4 2-=18.58%(w/w)、Cl-=38.28%(w/w)およびK+=4.2%(w/w)の組成を有する35kgの塩を分画−IIIとして得た。
d.分画IおよびIIIを、全体として(1:5.83)に混合し、実質的に塩化ナトリウムを含まないが、海水中における他の構成成分、たとえば、カルシウム、マグネシウム、カリウム、炭酸塩/炭酸水素塩、硫酸塩および微量元素を含有する天然塩配合物を得た。各分画の水分含量に応じて重量比が変動することを観察した。
例3:
Ca2+=0.05%(w/v)、Mg2+=0.15%(w/v)、Na+=1.3%(w/v)、SO4 2-=0.3%(w/v)、Cl-=2.35%(w/v)、K+=0.047%(w/v)を有する4.22°Beの密度の海水5cu.M.を、250ミクロンのLDPEシートを適切に敷いた、12M.×2M.×0.23Mのサイズの池に移した。
a.海水を25°Beまで蒸発させた。Ca2+=21.9%(w/w)、Mg2+=0.08%(w/w)、Na+=1.1%(w/w)、SO4 2-=51.5%(w/w)、Cl-=2.8%(w/w)、K+=微量の組成を有する11kgの塩を、分画−Iとして収穫した。
b.この飽和鹹水(25°Be)を、LDPEシートを敷いた、同じサイズ(12M.×2M.×0.23M.)の別の池に移した。25°Beの海の飽和鹹水を28.5°Beまで蒸発させた。28.5°Beの密度を有するにがりを元の池に移し、Ca2+=0.15%(w/w)、Mg2+=0.37%(w/w)、Na+=38.6%(w/w)、SO4 2-=0.62%(w/w)、Cl-=59.3%(w/w)およびK+=微量の組成を有する160kgの塩を分画−IIとして得た。
c.海水のにがり(28.5°Beの密度)を、別の池に移し、蒸発を完了させた。蒸発の完了に近づくと、塩は、水分、すなわちにがりを有していた。この時点で、Ca2+=0.11%(w/w)、Mg2+=14.4%(w/w)、Na+=6.2%(w/w)、SO4 2-=17.5%(w/w)、Cl-=40.04%(w/w)およびK+=4.2%(w/w)の組成を有する47.7kgの量の塩を分画−IIIとして得た。
d.分画IおよびIIIを、全体として(1:4.33)に混合して、実質的に塩化ナトリウムを含まないが、海水中における他の構成成分、たとえばカルシウム、マグネシウム、カリウム、炭酸塩/炭酸水素塩、硫酸塩および微量元素を含有する天然塩配合物を得た。各分画の水分含量に応じて重量比が変動することを観察した。
本発明の分画プロセスは、NaClの純度について特に意識することなく、海水中のNaClの大半を分離することを目的の1つとして実行するため、ステップ(b)における蒸発プロセスを、31°Beまで任意に続けて、海水中におけるさらに高い割合のNaClを分離することができ、NaClの値が低い母液であるにがりを残して、NaClがさらに低い分画3の塩組成物を得る。その場合、分画IIは、3〜5%(w/w)の自由含水率を有するCa2+=0.1%(w/w)、Mg2+=1.0%(w/w)、Na+=36%(w/w)、SO4 2-=2.4%(w/w)、Cl-=57.7%(w/w)、K+=0.01%(w/w)の組成を有する。これは、大幅にNaClを欠いているDry Sea−MFを生成するが、Dry Seaの組成に差を生じさせない目的のために、特に利益となるであろう。
例4
例1のステップ(b)で得たNaCl分画を、ステップ(c)で得たDry Sea MFと、545:220=2.46:1の比率で混合し、混合した組成物をDry Seaと呼ぶ。水道水リットルあたり32.3gmのDry Seaを加え、海水の塩分をシミュレートした水数リットルを調製した。500mlのこの水を121℃で20分間オートクレーブした。媒体に、540nmで0.8〜1.0の光学密度を有する、接種材料のChlorella variabilisという海洋微細藻類(ATCC Accession No.PTA−12198)10%を接種した。フラスコを、30℃の静止状態で維持した。成長パラメータを、光学密度測定により540nmの波長で、一定の間隔で観測した。通常の海水および上記のように調製された海水媒体における微細藻類の成長を研究し、データのプロットを図1に示した。結果は、両方の媒体において類似した成長傾向を示している。
例5
例4のChlorella variabilisの成長を、天然海水の出所から離れた立地に築かれている水路池において研究した。例2で得た塩の分画から調製された海水をこの目的に使用し、従来通りに、通常これらの条件で使用され、対照の役割を果たすZarrouks媒体を使用した。Dry Seaは、例2の塩の分画a、bおよびcから構成されており、これらの塩は、塩を得た比率、すなわち6:110:35と同じ重量比率で混合される。このDry Seaという塩配合物525gを、その地域で利用できる通常の水道水150Lに溶解することにより、海水を調製して、海水の濃度および組成に類似した約3.5%(w/v)の固体を得た。まず、規定のZarrouk’s媒体中で、微細藻類を培養し、次に、Dry Seaで構成した海水媒体中で培養した。接種材料のサイズは、両方のケースにおいて10%(v/v)であった。pH値10でZarrouk’s媒体に接種し、pH値7.6でDry Sea媒体に接種した。培養条件の詳細を表2に示す。成長を周期的に観測した。データを以下の図に提示する。Dry Sea媒体において、より良好な成長プロファイルを得る以外に、この媒体は、収穫を促進するバイオマスを定着させる一助にもなった。
Figure 0006117239
例6
例5で調製した海水を、海生のSpirulina subsalsaの成長を観察する培養媒体として、実験室条件下で利用した。最大濃度(32.19g/l)、ならびに半分の濃度(約16g/l)および4分の1の濃度(約8g/l)の海水も用いて研究を実行した。ASNIII(人工海水の栄養媒体)媒体を、対照として使用した。低い濃度の塩において成長した培養物は、成長をほとんど示さなかったが、一方32.19g/Dry Sea 1lを有する培養物は、良好な成長を示し、結果は、この濃度において、図3で示す対照媒体における成長のものとまったく同等であった。
例4〜6から、Dry Seaは、海洋微細藻類の成長に有用な海水の構成成分に対して天然配合物としての役割を果たせることが我々に示されている。
例7
海水を、例3の塩の分画から再構成し、Bacillus licheniformis (MTCC 5549)という海洋細菌の成長を観察するための培養媒体として利用した。2つの分離媒体、Zobell marine broth100mlを用いた媒体および再構成した海水(Dry Sea)100mlを用いた第2の媒体を、ペピトン5gm/lおよび酵母抽出物1gm/lを用いて調製した。500mlのエルレンマイヤーフラスコに入れられた媒体を121℃で20分間滅菌し、その後前記細菌の24時間経過した培養物1mlを接種した。フラスコを、オービタルシェーカーにおいて150rpm/32℃で維持した。培養物の光学密度を、一定の間隔で36時間にわたり観測した。Zobell marine brothおよびDry Sea媒体における細菌の成長についての比較データを図4にグラフで提示する。結果は、両方の媒体で類似した成長傾向を示している。
例7から、Dry Seaは、海洋細菌の成長に有用な海水の構成成分に対して、天然配合物の役割を果たせることが我々に示されている。
例8
例4で調製した海水を、海洋水槽:長さ=3ft、幅=1ft6”、および高さ=2ftの容量に注いだ。海洋魚、たとえば、ヒトデ、タイガーフィッシュ(Tiger Fish)、イソギンチャクおよびクマノミが水槽に入れられる。研究を実行した者から受けた報告には、「海水魚は、2か月前から水中できわめて心地よさそうに見える」と明確に説明されている。
例8から、Dry Seaは、海洋水槽における用途に有用な海水の構成成分に対して、天然配合物の役割を果たせることが我々に示されている。
例9
この例において、例1のDry Sea−MFを、電気透析−逆浸透ハイブリッド家庭用脱塩装置から得られた約35ppmのTDSの脱塩水を再ミネラル化するために使用した。表3に示した組成を有する450ppmのTDSを有する再ミネラル化した水を得た。再ミネラル化した水は、わずか160ppmのNaClしか有さず、著しい量の有用な構成成分、たとえばカルシウム、マグネシウム、硫酸塩および炭酸水素塩を有した。そのような再ミネラル化した水は、飲料と農業用途の両方に対して有用であろう。
Figure 0006117239
例9から、Dry Sea−MFは、脱塩水を含めた、TDSが少ない水の再ミネラル化に対して、コスト効率が高い天然配合物の役割を果たせることが我々に示されている。
本発明の主な利点:
・海水を、天日乾燥により分画して、3つの粗製塩組成物を得て、結果として本方法のコスト効率はきわめて高くなる。
・海水における大多数の構成成分だけでなく、微量の構成成分でさえも、1つ以上の分画に保持される。
・本方法は完全に天然であり、廃液を含まず、あらゆる合成化学物質の取り扱いを伴わない。
・固体の塩の分画、またはその適切なブレンドは、高いコスト効率で輸送できる。
・地球上のいかなる場所、近辺で海水が利用できないが真水は利用できる場所でも、海水を、その本来の形態で利用できるようにする。
・実質的に塩化ナトリウムを含まない塩組成物を、高いコスト効率でミネラルの強化に有用となるように構成することもできる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
天然塩配合物を調製する方法であって、
1)2.5〜4.0°Beの海の鹹水を採取するステップと;
2)ステップ(a)で得た海の鹹水を、25°Beの密度まで天日乾燥を施して、実質的に塩化ナトリウムを含まず、カルシウム、硫酸塩および炭酸塩/炭酸水素塩を主な構成成分として含有する、分画Iの塩組成物、ならびに塩化ナトリウムおよび他の構成成分に富む鹹水を得るステップと;
3)ステップ(b)の前記得られた鹹水を、別の結晶池に供給し、塩化ナトリウムの純度について特に意識することなく、28.5〜31.0°Beの密度に達するまで前記飽和鹹水の天日乾燥を続けて、前記海の鹹水中の塩化ナトリウムの多くを分画IIとして分離し、NaClをほとんど含まない母液であるにがりを残すステップと;
4)直射日光下で、ステップ(c)で得た塩を収穫するステップと;
5)ステップ(c)で得た前記母液であるにがりを、別の結晶池に供給し、固形化段階に近づくように天日乾燥を続けて分画IIIを得るステップと;
6)ステップ(e)で得た結晶化した塩を収穫するステップと;
7)ステップ(b)、(d)および(f)で得た前記分画(I)、(II)および(III)を、これらを得た比率で混合し、dry seaを模倣した天然塩配合物を生成するステップと;または任意で
8)前記分画(I)および(III)のみを、1:3〜1:6の範囲の比で混合し、実質的に塩化ナトリウムを含まないが、海の鹹水中の他の構成成分、特にカルシウム、マグネシウム、カリウム、炭酸塩/炭酸水素塩、硫酸塩および微量元素を含有する天然塩配合物を得る
ステップを含む前記方法。
[2]
[1]のステップ(a)で得た前記海の鹹水を、ステップ(b)で蒸発させるために池に入れる前に、凝析もしくは普通の濾過、または好ましくは限外濾過により浄化して、嚢子、胞子および微生物を含む浮遊物質を分離した、[1]に記載の方法。
[3]
3〜5%(w/w)の自由含水率を有するステップ(b)で回収した分画Iの前記塩組成物を、さらに蒸発させる前に多少水分を含ませるために、ステップ(e)の前記母液に任意で加え、蒸発量をある程度減らす一方で、取り扱える程度まで乾燥した生成物を得る、[1]に記載の方法。
[4]
[1]のステップ(g)で得た前記天然塩配合物を、塩を真水源に再溶解することにより海水の再構成に使用した、[1]に記載の方法。
[5]
前記天然塩配合物が、水槽中の海洋動物相および植物相の生存および成長に有用である、[4]に記載の方法。
[6]
前記天然塩配合物が、海洋細菌および微細藻類の成長に有用であり、普通の海水または特殊な媒体、たとえばZobell marine brothおよびASNIII mediumの代用物として有用である、[4]に記載の方法。
[7]
加える塩の量を変化させることにより、海水の塩分を望み通りに変化させる、[4]に記載の方法。
[8]
ステップ(h)で得た前記天然塩配合物を、10〜250mg.L -1 の完全溶解固体物質を有する、ミネラルが不足している水の強化に使用して、300〜500ppmの完全溶解固体物質を有し、カルシウム、マグネシウム、カリウム、炭酸水素塩および硫酸塩が望ましい量であり、飲料および灌漑用水に対して様々な基準で規定される塩化ナトリウムが低値である、栄養に富んだ水を得る、[1]に記載の方法。
[9]
前記海の鹹水の蒸発を、強制蒸発法を部分的または完全に用いる一層管理された条件下で行うことができる、[1]に記載の方法。
[10]
表面を増やすこと、加熱すること、またはマイクロ波処理を施すことにより、水中の前記塩の再溶解を促進した、[1]に記載の方法。
[11]
使用する前に、前記塩の溶液を濾過して、粗大物および細かい浮遊物質を除去する、[1]に記載の方法。
[12]
海の鹹水から単離した、天然粗製塩分画の、コスト効率が高い海水の再構成およびミネラルの強化のための使用であって、前記分画が以下の組成物を有する使用:1. 海の鹹水中の多くのカルシウム、炭酸水素塩/炭酸塩、および一部の硫酸塩を含有し、絶対量がCO 2 濃度およびpHに依存する少量のCO 3 2- /HCO 3 - に加え、Ca 2+ =20〜23%(w/w)、Mg 2+ =0.05〜0.2%(w/w)、Na + =0.75〜1.5%(w/w)、SO 4 2- =48〜54%(w/w)、Cl - =2.3〜3%(w/w)、および海の鹹水中に存在し、付着した鹹水から共結晶化もしくは収蔵されてもよく、またはそのままであってもよい微量の他の構成成分を含む分画I;
2. 分画IおよびIIIにおけるNaCl含有量を最小化することを念頭におき、NaClの純度について特に意識していないで分離した、本質的に前記海の鹹水中の塩化ナトリウムからなる分画II;
3. 海水中の多くの前記塩化ナトリウムを除く有用な構成成分、たとえば、マグネシウム、硫酸塩およびカリウムを有し、Ca 2+ =0.08〜4.15%(w/w)、Mg 2+ =11〜15%(w/w)、Na + =3〜6%(w/w)、SO 4 2- =16〜19.5%(w/w)、Cl - =38〜40%(w/w)、K + =3.5〜4.5%(w/w)を含む分画III。
[13]
ミネラルが不足している水の強化のための、海の鹹水から単離した天然粗製塩分画の使用であって、分画(I)および(III)の混合を1:3〜1:6の範囲の比で実行した[12]に記載の使用。
[14]
海水の再構成のための、海水から単離した天然粗製塩分画の使用であって、分画(I)、IIおよび(III)の混合を、これらを[1]の各ステップ(b)、(d)および(f)で得た場合と同じ重量比率で実行した[12]に記載の使用。

Claims (12)

  1. 天然塩配合物を調製する方法であって、
    )2.5〜4.0°Beの海の鹹水を採取するステップと;
    )ステップ(a)で得た前記海の鹹水を、25°Beの密度まで天日乾燥を施して、実質的に塩化ナトリウムを含まず、カルシウム、硫酸塩および炭酸塩/炭酸水素塩を主な構成成分として含有する、分画Iの塩組成物、ならびに塩化ナトリウムおよび他の構成成分に富む鹹水を得るステップと;
    )ステップ(b)の前記得られた鹹水を、第1の結晶池に供給し28.5〜31.0°Beの密度に達するまで前記飽和鹹水の天日乾燥を続けて、分画IIとしての前記海の鹹水中の塩化ナトリウムと、NaClをほとんど含まない母液であるにがりを分離するステップと;
    )直射日光下で、ステップ(c)で得た塩化ナトリウムを収穫するステップと;
    )ステップ(c)で得た前記母液であるにがりを、第2の結晶池に供給し、固形化段階に近づくように天日乾燥を続けて分画IIIを得るステップと;
    )ステップ(e)で得た分画IIIから結晶化した塩を収穫するステップと;
    前記分画(I)、(II)および(III)を、これらを得た比率で混合し、dry seaを模倣した天然塩配合物を生成するステップ;または
    )前記分画(I)および(III)、1:3〜1:6の範囲の比で混合し塩化ナトリウムを含まないがカルシウム、マグネシウム、カリウム、炭酸塩/炭酸水素塩、硫酸塩および微量元素からなる群から選択される海の鹹水中の他の構成成分を含有する他の天然塩配合物を得るステップ
    を含む前記方法。
  2. ステップ(a)で得た前記海の鹹水を蒸発させるために池に入れる前に、凝析もしくは普通の濾過、または限外濾過により浄化して、嚢子、胞子および微生物を含む浮遊物質を分離する、請求項1に記載の方法。
  3. 3〜5%(w/w)の自由含水率を有するステップ(b)で回収した分画Iの前記塩組成物を、さらに蒸発させる前に、ステップ(e)の前記母液であるにがりに加え、多少水分を含ませて、取り扱える程度まで乾燥した生成物を得ながら蒸発量を減らす、請求項1に記載の方法。
  4. ステップ(g)で得た前記天然塩配合物を、前記塩を真水源に再溶解することにより海水の再構成に使用する、請求項1に記載の方法。
  5. 前記天然塩配合物が、水槽中の海洋動物相および植物相の生存および成長に有用である、請求項4に記載の方法。
  6. 前記天然塩配合物が、海洋細菌および微細藻類の成長に有用であり、普通の海水または特殊な媒体の代用物として有用である、請求項4に記載の方法。
  7. 前記特殊な媒体がZobell marine brothおよびASNIII mediumからなる群より選択される、請求項6に記載の方法。
  8. 加える塩の量を変化させることにより、海水の塩分を変化させる、請求項4に記載の方法。
  9. 表面を増やすこと、加熱すること、またはマイクロ波処理を施すことにより、水中の前記塩の再溶解を促進する、請求項1に記載の方法。
  10. 使用する前に、前記塩の溶液を濾過して、粗大物および細かい浮遊物質を除去する、請求項1に記載の方法。
  11. 海の鹹水から単離した、天然粗製塩分画の、コスト効率が高い海水の再構成およびミネラルの強化のための使用であって、前記分画が以下の組成物を有する使用:
    1. 海の鹹水中カルシウム、炭酸水素塩/炭酸塩、および一部の硫酸塩を含有し、絶対量がCO2濃度およびpHに依存する少量のCO3 2-/HCO3 -に加え、Ca2+=20〜23%(w/w)、Mg2+=0.05〜0.2%(w/w)、Na+=0.75〜1.5%(w/w)、SO4 2-=48〜54%(w/w)、Cl-=2.3〜3%(w/w)、および海の鹹水中に存在する微量の他の構成成分を含む分画I;
    2. 分画IおよびIIIにおけるNaCl含有量を最小化することを念頭におき分離した、本質的に前記海の鹹水中の塩化ナトリウムからなる分画II;
    3. 海水中の多くの前記塩化ナトリウムを除きながら、マグネシウム、硫酸塩およびカリウムを含み、Ca2+=0.08〜4.15%(w/w)、Mg2+=11〜15%(w/w)、Na+=3〜6%(w/w)、SO4 2-=16〜19.5%(w/w)、Cl-=38〜40%(w/w)、K+=3.5〜4.5%(w/w)を含む分画III。
  12. ミネラルが不足している水の強化のための、海の鹹水から単離した天然粗製塩分画の使用であって、分画(I)および(III)の混合を1:3〜1:6の範囲の比で実行する請求項11に記載の使用。
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