KR100663084B1 - 해양 심층수 혹은 지하암반해수로부터 고경도·미네랄혼합음료 제조방법 및 이를 위한 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해양심층수 또는 지하암반해수로부터 고경도·미네랄 혼합음료의 제조방법과 이를 제조하기 위한 제조장치에 관한 것으로서, 상세하게는 a) 해양 심층수 또는 지하암반해수를 취하여 전처리하고 1차 나노여과막으로 여과하여 2가 이온성분이 감소된 나노여과 생산수를 제조하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 여과된 상기 나노여과 생산수를 역삼투막에 의하여 1가 이온이 감소된 역삼투 생산수를 제조하는 단계; c) 상기 a) 단계에서 여과된 나노여과 생산수를 2차 나노여과막으로 여과하여 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하는 단계; d) 상기 b) 단계에서 제조된 역삼투 생산수와 c) 단계에서 제조된 미네랄 농축수를 혼합하는 단계; 를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제조방법과 제조장치에 의하면 다양한 농도의 경도함유 미네랄 음료의 제조가 가능하다.
경도, 미네랄, 역삼투, 나노여과, 지하암반해수, 해양심층수, 지하암반해수
Description
도 1은 경도·미네랄성분 조정공정 순서도이고,
도 2는 나노여과법에 의한 미네랄성분의 분리농축 모식도이며,
도 3은 역삼투법에 의한 탈염 및 미네랄분리 모식도이고,
도 4는 나노여과와 역삼투장치를 이용한 고경도 미네랄 혼합음료 제조 공정도이며,
도 5는 본 발명에 따른 제조방법의 각 단계에서의 여과된 농축수 및 생산수의 특성이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) 원수탱크 (2) 원수공급조절밸브
(3) 나노여과(NF)공급펌프 (4) 전처리필터(3㎛)
(5) 전처리필터(1㎛) (6) 나노여과 필터용 고압펌프
(7) 나노여과막 공급수 전기전도도계 (8) 나노여과막 공급수 유량계
(9) 나노여과막 모듈 1 (10) 나노여과막 모듈 2
(11) 나노여과막 모듈 3 (12) 나노여과막 모듈 1의 농축수관
(13) 나노여과막 모듈 2의 농축수관 (14) 공급수관
(15) 나노여과막 1차 생산수의 나노여과막 공급관
(16) 나노여과막 1차 생산수 나노여과막 공급조절밸브
(17) 원수관
(18) 나노여과막 농축수 바이패스 관
(19) 나노여과막 농축수 저장밸브
(20) 나노여과막 농축수 탱크
(21) 나노여과막 최종농축수관
(22) 나노여과막 생산수 전기전도도계
(23) 나노여과막 생산수 유량계
(24) 나노여과막 최종생산수관
(25) 나노여과막 생산수 유량조절밸브
(26) 나노여과막생산수탱크
(27) 역삼투 공급펌프
(28) 역삼투 전처리필터(3㎛)
(29) 역삼투 전처리필터(1㎛)
(30) 역삼투용 고압펌프
(31) 역삼투공급수유량계
(32) 역삼투공급수 전기전도도계
(33) 역삼투막 모듈1
(34) 역삼투막 모듈2
(35) 역삼투막 모듈3
(36) 역삼투막 모듈1의 농축수관
(37) 역삼투막 모듈2의 농축수관
(38) 역삼투 최종농축수 유량계
(39) 역삼투 농축수by-pass 관
(40) 역삼투 농축수탱크
(41) 역삼투 농축수관
(42) 역삼투 농축수 저장조절밸브
(43) 역삼투 생산수 전기전도도계
(44) 역삼투 생산수 유량계
(45) 역삼투 생산수관
(46) 역삼투 생산수저장조절밸브
(47) 역삼투 생산수by-pass 관
(48) 역삼투 생산수탱크
(49) 나노여과막 농축수 및 역삼투생산수혼합관
(50) 역삼투생산수혼합조절밸브
(51) 나노여과 필터 농축수혼합조절밸브
(52) 최종 혼합생산수탱크
본 발명은 해양심층수 및 지하암반해수로부터 고경도·미네랄 혼합음료의 제조방법과 이를 제조하기 위한 제조장치에 관한 것이다.
현재 사용하고 있는 수돗물은 오염된 하천이나 호소수를 여러 수단을 구축하여 정수한 것이다. 이 한번 오염된 수원을 원래로 되돌리기에는, 방대한 에너지와 시간이 필요하게 되지만, 다행히도, 우리나라를 비롯한 많은 나라에서는 지구면적의 약 71%를 점유하는 해양에 접해 있으며, 그 수원을 적극적으로 이용 할 수가 있다.
일반적으로 해수를 먹는 물로 사용하기 위한 공정은 해수담수화기술로서 역삼투법, 증발법 등이 널리 이용되어지고 있다. 특히 해수담수화법에서는 역삼투법이 폭넓게 사용되어지고 있지만 역삼투 생산수의 경우 미네랄성분이 충분히 존재하지 않는 문제가 있다.
본 발명과 연관된 고경도·미네랄혼합음료 제조 가능한 대상해수는 일반해수(표층수), 해양심층수 및 지하암반해수로 분류할 수 있다. 해양심층수는 ‘태양광이 도달하지 않는 수심 200m 이상의 깊은 바다에 존재하여 수온이 연중 2 ℃ 이하로 안정되어 있는 청정한 해수’로 정의된다. 또, 지하암반해수는 ‘연안지역의 지 층심도 수백 미터에 침투되어 존재하며 양수시에 지층을 통과하여 토출하므로 해양심층수 및 표층수와는 비교되는 수질특성을 가진 해수’로 정의할 수 있다.
한편, 해양심층수 및 지하암반해수는 여러 종류의 미네랄성분이 함유되어 있으며 특히 칼슘, 마그네슘의 경도성분은 지표수에 비해 다량 함유되어 있으며, 최근 자연순환형의 지속가능한 대체수자원으로 인식되어지고 있으며, 특히 해양심층수에 대해서 여러 산업분야에 적용이 기대되어지고 있으며, 특히 유용한 경도 및 미네랄 성분인 칼슘, 마그네슘을 비롯한 미네랄 부족 등에 유용한 천연성분을 공급할 수 있는 음용수의 공급원으로 그 기대가 상당히 크다.
그러나 해양심층수 및 지하암반해수의 경우 염분이 상당한 비중을 차지하고 있어 염분을 분리해야 하는 어려움이 있으며, 염분을 분리하는 과정에서 유용한 경도 및 미네랄 성분인 칼슘, 마그네슘 등도 함께 제거되는 문제가 있어 음료로서 상용화 되어 있지 못한 실정이다.
따라서 해양심층수 및 지하암반해수 등으로부터 각종 유용한 미네랄을 함유하면서 먹는 물 수질기준을 만족시키기에 적합하면서도 고농도의 경도·미네랄성분을 함유한 혼합음료의 생산이 가능한 새로운 기술개발이 절실히 요구되고 있다.
경도·미네랄 조정에 의한 음료 제조방법은 나노여과와 역삼투의 기술로 구성되어진다. 일본공개특허공보 제2002-29237호에서는 해양심층수를 이온교환막과 역삼투막을 이용하여 담수와 농축 심층수와 농축 미네랄 및 농축 소그물을 제조하는 방법에 공지되어 있으나, 상기의 제조방법은 국내의 먹는샘물 기준(경도 500mg/L이하, TDS 500mg/L이하)을 만족시키는 음료로 제조하기에는 한계가 있으며, 또한 제조장치가 복잡하고 운전비용이 비싼 단점이 있다.
일본의 경우, 해양심층수를 이용한 경도·미네랄조정기술이 보유하고 있지만, 단순히 역삼투법의 농축수와 생산수의 혼합에 의해서 혼합음료를 생산하고 있고, 관련제품의 국내에서의 수입되어 유통되기도 하였지만, 국내 먹는물 수질기준을 만족시킬 수 없는 제품이 대부분이므로 수입유통이 어렵다. 고농도의 경도·미네랄 혼합음료의 생산은 현행 먹는물 수질기준을 만족시킬 수 있는 공정개발이 필요한 상황이며, 이를 통한 산업의 발전도 기대된다.
이에 역삼투 공정의 전단에서 나노여과공정을 통해서 해수원수를 처리하여 염분을 통과시키면서 중금속 등의 유해물질들은 제거한 생산수를 농축하고 역삼투로 처리한 탈염수를 혼합하여 고경도 미네랄혼합음료가 생산할 수 있는 기술을 개발하였다.
본 발명의 목적은 해양심층수 또는 지하암반해수 등의 해수로부터 고경도 미네랄 성분을 나노여과막으로 여과하여 2가 이온성분이 감소된 나노여과 생산수를 제조하고, 상기 나노여과 생산수를 역삼투막에 의하여 1가 이온이 감소된 역삼투 생산수를 제조하고, 나노여과 생산수를 2차 나노여과 필터로 여과하여 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하여 제조된 역삼투 생산수와 미네랄 농축수를 혼합하여 다양한 종류의 고경도·미네랄 혼합음료의 제조하는 방법을 제공하는 것 이며, 또한 상기 고경도·미네랄 혼합음료를 제조하기 위한 콤팩트하고 경제적인 해양 심층수 혹은 지하 암반 해수로부터 고경도·미네랄 혼합음료를 제조하는 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고경도·미네랄 혼합음료의 제조방법은 a) 해양 심층수 또는 지하 암반 해수를 취하여 전처리하고 1차 나노여과막으로 여과하여 2가 이온성분이 감소된 나노여과 생산수를 제조하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 여과된 상기 나노여과 생산수를 역삼투막에 의하여 1가 이온이 감소된 역삼투 생산수를 제조하는 단계; c) 상기 a) 단계에서 여과된 나노여과 생산수를 2차 나노여과막으로 여과하여 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하는 단계; d) 상기 b) 단계에서 제조된 역삼투 생산수와 c) 단계에서 제조된 미네랄 농축수를 혼합하는 단계; 를 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 고경도·미네랄 혼합음료의 제조장치는 해양 심층수 또는 지하 암반 해수를 취하여 저장하는 원수탱크; 상기 원수탱크와 연결되는 전처리필터; 상기 전처리 필터와 연결되는 나노여과막 모듈; 나노여과막 모듈에 의하여 제조되는 2가 이온성분이 감소된 나노여과 생산수를 저장하는 나노여과 생산수 저장탱크; 상기 나노여과 생산수 저장탱크와 연결되는 역삼투막 모듈; 상기 역삼투막에 의하여 생산되는 1가 이온이 감소된 역삼투 생산수 저장탱크; 상기 나노여과 생산수 저장탱크와 전처리 필터와 상기 나노여과막 모듈 사이의 도관과 연결되는 나 노여과 생산수 순환관; 상기 나노여과 생산수 저장탱크로부터 나노여과 생산수 순환관을 통하여 나노여과 생산수를 상기 나노여과막 모듈에 의하여 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하여 저장하는 고경도 미네랄 농축수 저장탱크; 상기 역삼투 생산수 저장탱크와 미네랄 농축수 저장탱크를 연결하여 역삼투 생산수와 미네랄 농축수를 혼합하여 저장하는 고경도·미네랄 혼합음료 저장탱크; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 도면을 참고로 하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제조방법의 고경도 미네랄성분 조정공정 순서도이고, 도 2는 나노여과법에 의한 미네랄성분의 분리농축 모식도이며, 도 3은 역삼투법에 의한 탈염 및 미네랄분리 모식도이고, 도 4는 나노여과와 역삼투장치를 이용한 고경도 미네랄 혼합음료 제조 공정도이며, 도 5는 본 발명에 따른 제조방법의 각 단계에서의 여과된 농축수 및 생산수의 특성을 분석한 것이다.
본 발명에 따른 고경도·미네랄 혼합음료의 제조방법은 하기의 단계를 거친다.
해양 심층수 또는 지하 암반 해수를 취하여 부유물 등을 제거하기 위하여 전처리 필터를 이용하여 해수 원수의 전처리를 하게 된다. 전처리는 2단계로 진행될 수 있으며, 본 발명에서는 3㎛ 전처리 필터와 1㎛ 전처리 필터를 사용하였으며, 전처리 된 공급수는 나노여과고압펌프에 의하여 1차 나노여과막으로 이송되어 1차 나 노여과막의 여과에 의하여 2가 이온성분이 감소된 나노여과 생산수가 제조된다.
본 발명에서 적용되는 나노여과막에 의한 나노여과는 통상의 역삼투막에 비해 저압으로 운전되는 역삼투막의 일종으로서 본 발명에서 사용되는 나노여과막은 수중에서 하전을 띄고 있으므로 이온의 하전에 따라 특징이 있는 제거특성을 이용하여 1가 이온과 2가 이온을 제거하는 원리를 적용한 것으로, Na, K, Cl 같은 1가 이온성분은 통과시키면서 Ca, Mg 등의 2가 이온성분은 농축시키게 된다.
도 2는 나노여과막를 통과한 해수 중의 2가 이온성분이 농축된 나노여과 농축수와 나노여과 생산수에서의 농도비를 모식화한 것으로서, 해수 중에 존재하는 칼슘, 마그네슘 등의 2가 양이온성분들은 나노여과 생산수 중에는 낮은 농도로 존재하게 되나 나노여과 농축수에는 많이 존재한다. 반면에, 나노여과 생산수 중에는 나트륨, 칼륨 등의 1가 성분은 해수 원수성분과 거의 유사하게 존재하며 나노여과 농축수 중에는 높게 존재한다. 해수가 원수인 본 발명의 경우에는 나노여과막을 통하여 생산되는 나노여과 생산수에 1가 이온 이외에도 적절한 양의 2가 이온이 포함되어 있어야 하므로 본 발명에 따른 제조방법에서 사용된는 나노여과막은 역삼투막을 채용하여 사용되며, 통상 사용되는 역삼투막은 50 내지 60kgf/cm2의 범위에서 사용되는 것인데 반하여 본 발명에서 나노여과막으로 사용되는 역삼투막은 해수기준으로 10 내지 5kgf/cm2범위의 운전압력으로 운전되는 역삼투막이 바람직하며, 이때 생산수 회수율이 40 내지 60%인 것이 더욱 바람직하다.
생산수 회수율이 10 내지 20 %일 경우 양의 2가 이온 분리능이 떨어져서 생 산수가 고경도 미네랄음료로 적용하기에 적합하지 않게 된다.
상기 나노여과막으로부터 생산된 나노여과 생산수는 역삼투막에 의하여 탈염과정을 거치게 되는데, 역삼투는 반투과성막을 통해 삼투압이상의 압력으로 각종 염분, 유기물질을 분리하는 방법으로서 일반적으로 해수담수화에 적용되는 기술로 본 발명에 따른 역삼투막의 운전압력은 40 내지 100kgf/cm2으로 운전되는 것이 바람직하며, 이때 역삼투막에 의하여 대부분의 이온들이 분리되므로 생산되는 역삼투 생산수는 도 3에서 역삼투에 의한 해수원수가 통과한 후의 농축수와 생산수에서의 이온성분의 농도비를 나타낸 모식도에 도시된 바와 같이 이온성분의 농도는 극히 낮게 되어 역삼투 분리에 의해서는 1가 이온이 감소되어 염분이 거의 없고 기타 미네랄성분도 거의 함유되어 있지 않는 물인 역삼투 생산수가 생산된다.
또한 상기 1차 나노여과막에 의하여 생산된 나노여과 생산수의 일부는 2차 나노여과막로 여과하여 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하게 된다.
고경도 미네랄 농축수는 2회 이상의 나노여과 단계를 거쳐 2가 이온이 충분히 농축되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 나노여과막 모듈이 복수로 구비하여 각각의 나노여과막 모듈의 나노여과 생산수 배출구가 병렬로 연결되도록 하여 나노여과 생산수를 각각의 나노여과막 모듈로부터 제조되도록 하고, 각 나노여과막 모듈의 미네랄 농축수 배출구를 직렬로 연결되도록 하여 미네랄 농축수가 각각의 나노여과막 모듈로 통과하여 최종 나노여과막 모듈로부터 배출되도록 함으로서 해수 원수가 경제적으로 활용되도록 한다.
나노여과 생산수를 제조하는 1차 나노여과막과 미네랄 농축수를 제조하는 2차 나노여과막은 동일한 사양으로서 사용가능하므로 1차 나노여과로 생산수를 제조한 후 다시 상기 1차 나노여과를 2차 나노여과의 역할로 전환시켜 배치식으로 사용하는 것도 가능하다.
나노여과와 역삼투에 의해서 생산되어진 나노여과 2차농축수와 역삼투생산수는 혼합조절밸브를 구비하여 적절히 배합비율을 조정함으로서 소비자의 기호와 음용 목적에 적합한 최종 고경도·미네랄음료를 제조하게 된다.
본 발명에 따른 고경도 미네랄 혼합음료 제조방법에 적합한 제조장치는 도 4의 나노여과와 역삼투장치를 이용한 고경도 미네랄 혼합음료 제조 공정도에 도시된 바와 같이 해양 심층수 또는 암반 지하 해수를 취하여 저장하는 원수탱크; 상기 원수탱크와 연결되는 전처리필터; 상기 전처리 필터와 연결되는 나노여과막 모듈; 나노여과막 모듈에 의하여 제조되는 2가 이온성분이 감소된 나노여과 생산수를 저장하는 나노여과 생산수 저장탱크; 상기 나노여과 생산수 저장탱크와 연결되는 역삼투막 모듈; 상기 역삼투막 모듈에 의하여 생산되는 탈염된 역삼투 생산수 저장탱크; 상기 나노여과 생산수 저장탱크와 나노여과 장치 전처리 필터와 상기 나노여과막 모듈 사이의 도관과 연결되는 나노여과 생산수 순환관; 상기 나노여과 생산수 저장탱크로부터 나노여과 생산수 순환관을 통하여 나노여과 생산수를 상기 나노여과막 모듈에 의하여 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하여 저장하는 고경도 미네랄 농축수 저장탱크; 상기 역삼투 생산수 저장탱크와 미네랄 농축수 저 장탱크를 연결하여 역삼투 생산수와 미네랄 농축수를 혼합하여 저장하는 고경도·미네랄 혼합음료 저장탱크로 구성된다.
앞서 언급한 바와 같이 본 발병에 따른 제조장치는 나노여과 생산수를 제조하는 1차 나노여과막과 미네랄 농축수를 제조하는 2차 나노여과막은 동일한 사양으로서 사용가능하므로 1차 나노여과로 생산수를 제조한 후 다시 상기 1차 나노여과를 2차 나노여과의 역할로 전환시켜 배치식으로 사용하는 것을 특징으로 하며, 이를 위하여 앞서 언급한 바와 같이 나노여과 생산수 저장탱크와 전처리 필터와 상기 나노여과막 모듈 사이의 도관과 연결되는 나노여과 생산수 순환관이 구비되어 운전시 적절한 밸브의 조작으로 여과 공정을 선택하게 된다.
또한 나노여과막 모듈은 복수로 구비하고, 각각의 나노여과막 모듈의 나노여과 생산수 배출구를 병렬로 연결하여 나노여과 생산수 저장탱크로 유입되는 나노여과 생산수 도관과 각 나노여과막 모듈의 미네랄 농축수 배출구를 직렬로 연결하며, 이러한 모듈의 구성은 미네랄 농축수 저장탱크로 유입되는 도관을 구비하고, 또한 상기 나노여과막의 최종 위치에 배치된 나노여과막 모듈로부터 농축된 나노여과 농축수가 배출되도록 고경도 미네랄 농축수 저장탱크와 상기 최종 위치에 배치된 나노여과막 모듈 사이에 최종 나노여과 농축수를 배출하는 바이패스관을 구비한다. 상기의 구성은 원수를 경제적으로 활용되도록 할 뿐 만 아니라 고경도의 미네랄 농축수를 효과적으로 생산되도록 하고, 장치의 구성을 콤팩트하게 하는 장점이 있다.
또한 상기 역삼투막 모듈 역시 복수로 구비하며, 각각의 역삼투막 모듈의 역삼투 생산수 배출구를 병렬로 연결하여 역삼투 생산수 저장탱크로 유입되는 역삼투 생산수 도관과 각 역삼투막 모듈의 역삼투 농축수 배출구를 직렬로 연결하여 역삼투 농축수 저장탱크로 유입되는 도관을 구비하고, 최종 위치에 배치된 역삼투막 모듈로부터 배출된 역삼투 농축수가 배출되도록 최종 위치에 배치된 역삼투막 모듈 후단에 역삼투 농축수 저장탱크가 구비되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명에 따른 고경도·미네랄혼합음료의 제조 단계를 예를 들어 상세히 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 해양심층수 혹은 지하암반해수의 원수를 원수탱크(1)에 집수되고 나노여과공급펌프(3)에 의해 전처리 필터3㎛(4)와 전처리 필터1㎛(5)로 공급되어지며 전처리 된 공급수는 나노여과 고압펌프(6)에 의해 나노여과 공급수라인(14)을 통해 나노여과막 모듈로 공급된다. 공급수의 유량 및 TDS는 공급수관(14)의 공급수의 유량계(8)와 TDS계(7)에 의해서 측정된다. 나노여과막 모듈은 총 3개로 구성되며 나노여과막 모듈 1(9)의 나노여과 생산수가 나노여과막 모듈 1의 농축수관(12)을 통해 나노여과막 모듈 2(10)로 공급되고, 나노여과막 모듈 2(10)의 나노여과 농축수는 나노여과막 모듈 2의 농축수관(13)을 통해서 나노여과막 모듈 3(11)으로 공급되어 여과된 생산수는 나노여과 최종생산수관(24)을 통해서 나노여과 생산수 탱크(26)로 이동·저장된다. 나노여과 생산수의 생산유량 및 전기전도도는 나노여과 최종 생산수의 유량계(23)와 TDS계(22)에 의해서 측정된다. 한편, 나노여과 1차 농축수는 원수 중의 공존금속물질 등이 농축될 우려가 있으므로 나노여과최종농축수관(21)의 나노여과농축수 저장밸브(19)를 닫고 나노여과 농축수 바이패스관(18)으로 흘려보내어 버린다. 나노여과 생산수 탱크(26)에 나노여과 생산수를 가득 채운 후에는 역삼투 공급밸브(17)를 잠근 후에 나노여과 1차생산수 나노여과 공급조절밸브(16)을 열어 나노여과 1차생산수 나노여과공급관(15)을 통해 나노여과 1차 생산수를 공급한다. 이 때, 원수탱크의 원소가 유입되는 것을 방지하기 위해 원수공급 조절밸브(2)는 잠근다. 나노여과 1차생산수는 나노여과 공급펌프(3)에 의해 나노여과고압펌프(6)에 의해 나노여과 공급수관(14)을 통해 나노여과막 모듈로 공급한다. 나노여과 1차생산수의 공급유량 및 TDS는 공급수관(14)의 나노여과공급수유량계(8)와 TDS계(7)에 의해서 측정된다. 나노여과막 모듈을 통과한 후의 나노여과 2차 생산수는 나노여과 최종 생산수관(24)을 통해서 나노여과 생산수 탱크(26)로 이동되어 저장된다. 나노여과 2차 최종생산수의 생산유량 및 TDS는 나노여과 최종생산수 유량계(23)와 TDS계(22)에 의해서 측정된다. 여기서, 나노여과 2차 농축수는 나노여과 최종농축수관(21)의 나노여과농축수저장밸브(19)를 열어 나노여과농축수탱크(20)에 저장한다. 일정량의 나노여과 2차농축수를 확보한 후에는 나노여과 고압펌프(6)의 속도를 서서히 줄여 끈 후에 나노여과공급펌프(3)을 끈다.
나노여과 2차 농축분리공정을 거친 후에 얻어진 나노여과 생산수를 탈염수로 제조하는 방법은 다음과 같다. 나노여과 1차 생산수 나노여과공급조절밸브(16)를 잠근 후에 역삼투공급밸브(17)를 연다. 역삼투공급펌프(27)에 의해 역삼투 공급수의 전처리 필터(29)3㎛와 전처리 필터1㎛(29)(Hytrex Cateridge Filter)로 공급하고 역삼투용 고압펌프(30)에 의해서 역삼투막 모듈로 나노여과 생산수를 공급한다. 나노여과 생산수의 공급유량 및 TDS는 공급수유량계(31)와 TDS계(32)에 의해서 측 정된다. 역삼투막 모듈의 경우 총 3개로 구성되며 역삼투막 모듈 1(33)의 농축수가 역삼투막 모듈 1의 농축수관(36)을 통해 역삼투막 모듈 2(34)로 공급되고, 역삼투막 모듈 2(34)의 농축수는 역삼투막 모듈 2의 농축수관(37)을 통해서 역삼투막 모듈 3(35)으로 공급되어 여과된 생산수는 역삼투 최종생산수관(45)을 통해서 역삼투 생산수탱크(48)로 이동되어 저장된다. 역삼투막 최종생산수의 생산유량 및 TDS는 역삼투막 최종생산수 유량계(44)와 TDS계(43)에 의해서 측정된다. 한편, 역삼투막 최종농축수는 역삼투 최종농축수관(41)의 역삼투농축수 저장밸브(42)를 닫고 역삼투 농축수 바이패스관(39)으로 흘려서 버린다.
나노여과와 역삼투에 의해서 생산되어진 나노여과 2차농축수와 역삼투생산수는 나노여과 농축수 역삼투 생산수 혼합관(49)에서 역삼투 생산수 혼합조절밸브(50)와 나노여과 농축수 혼합조절밸브(51)을 이용하여 배합비율을 조정됨으로서 최종 고경도·미네랄음료가 제조된다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
지하암반해수를 이용한 미네랄음료제조 예
본 발명의 실시예에서는 전처리 필터는 Hytrex사에서 제조한 Hytrex Cateridge Filter를 사용하였으며, 나노여과막은 역삼투막으로서 TORAY사에서 제조 한 SU-610(공칭탈염율이 55%)을 사용하였고, 역삼투막은 TORAY사에서 제조한 SU-810(공칭탈염율이 99.78%)을 사용하였다.
하루 물생산량 10 ㎥ 규모의 나노여과 및 역삼투 파일롯플랜트에 의한 암반지하해수를 원수로 한 경도 233, TDS 500의 미네랄워터 제조공정과 각 단위공정에서의 생산수 및 농축수의 TDS와 경도를 도 5에 나타내었으며, 표 1에는 단위 공정별 운전압력, 투과량 및 여과막별로 회수율을 나타내었다.
지하암반해수는 암반지층 800m에 존재하는 지하해수로서 칼슘성분이 해수성분에 비해서 3.5배, 경도가 1.3배로 함유되어 있으며 미네랄 분리조정대상원수로 적용가능하다. 지하암반해수 원수의 성상 및 경도·미네랄 조정기술에 의한 경도 233mg/L, TDS 500mg/L의 미네랄음료 제조예와 먹는물 수질기준을 표 2에 나타내었다. 먹는 물 수질기준을 만족하면서 경도성분이 먹는물 수질기준치내에서 최대치로 존재하는 미네랄음료의 제조가 가능하며 공존하는 비소 등의 독성금속물질의 제거된 제품생산이 가능하였다.
[표 1] 단위 공정별 운전압력, 투과량 및 여과막별 회수율
[표 2] 미네랄음료 제조예와 먹는물 수질기준
상기 결과를 통하여 알 수 있듯이, 해수 중에 존재하는 천연 경도·미네랄성분을 분리 농축하여 미네랄음료제조에 매우 적합한 기술이다. 특히, 해양심층수 혹은 지하암반해수를 이용한 미네랄음료제조에 있어서 본 발명에서의 나노여과-역삼투조합에 의한 미네랄분리농축기술이 적용함에 효과적이며, 미네랄성분들이 다량 함유된 음료제조가 가능하여짐으로서 미네랄부족현상이 심한 현대인들에게 유용한 음료 및 식품으로 제공되는 효과가 있게 된다.
Claims (10)
- a) 해양 심층수 또는 지하암반해수를 취하여 전처리하고 1차 나노여과막으로 여과하여 2가 이온성분이 감소된 나노여과 생산수를 제조하는 단계;b) 상기 a) 단계에서 여과된 상기 나노여과 생산수를 역삼투막에 의하여 탈염된 역삼투 생산수를 제조하는 단계;c) 상기 a) 단계에서 여과된 나노여과 생산수를 2차 나노여과막으로 여과하여 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하는 단계;d) 상기 b) 단계에서 제조된 역삼투 생산수와 c) 단계에서 제조된 미네랄 농축수를 혼합하는 단계;를 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,c) 단계에서 2회 이상의 나노여과 단계를 거쳐 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하는 것을 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료의 제조방법.
- 제 2항에 있어서,나노여과 생산수를 제조하는 1차 나노여과막을 미네랄 농축수를 제조하는 2 차 나노여과막으로 사용하는 것을 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료의 제조방법.
- 제 3항에 있어서,나노여과막은 10 내지 5kgf/cm2의 운전압력으로 운전되며 생산수 회수율이 40 내지 60%인 역삼투막인 것을 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료의 제조방법.
- 해양 심층수 또는 암반 지하 해수를 취하여 저장하는 원수탱크;상기 원수탱크와 연결되는 전처리 필터;상기 전처리 필터와 연결되는 나노여과막 모듈;나노여과막 모듈에 의하여 제조되는 2가 이온성분이 감소된 나노여과 생산수를 저장하는 나노여과 생산수 저장탱크;상기 나노여과 생산수 저장탱크와 연결되는 역삼투막 모듈;상기 역삼투막 모듈에 의하여 생산되는 1가 이온이 감소된 역삼투 생산수 저장탱크;상기 나노여과 생산수 저장탱크와 전처리막과 상기 나노여과막 모듈 사이의 도관과 연결되는 나노여과 생산수 순환관;상기 나노여과 생산수 저장탱크로부터 나노여과 생산수 순환관을 통하여 나노여과 생산수를 상기 나노여과막 모듈에 의하여 2가 이온이 농축된 고경도 미네랄 농축수를 제조하여 저장하는 고경도 미네랄 농축수 저장탱크;상기 역삼투 생산수 저장탱크와 미네랄 농축수 저장탱크를 연결하여 역삼투 생산수와 미네랄 농축수를 혼합하여 저장하는 고경도·미네랄 혼합음료 저장탱크;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료 제조장치.
- 제 5항에 있어서,나노여과막은 10 내지 5kgf/cm2의 운전압력으로 운전되며 생산수 회수율이 40 내지 60%인 역삼투막인 것을 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료 제조장치.
- 제 6항에 있어서,나노여과막 모듈이 복수로 구비되며, 각각의 나노여과막 모듈의 나노여과막 생산수 배출구를 병렬로 연결하여 나노여과막 생산수 저장탱크로 유입되는 나노여과막 생산수 도관과 각 나노여과막 모듈의 미네랄 농축수 배출구를 직렬로 연결하여 미네랄 농축수 저장탱크로 유입되는 도관을 구비하는 것을 특징으로 하는 고경 도·미네랄 혼합음료 제조장치.
- 제7항에 있어서,상기 나노여과막의 최종 위치에 배치된 나노여과막 모듈로부터 농축된 나노여과 농축수가 배출되도록 고경도 미네랄 농축수 저장탱크와 상기 최종 위치에 배치된 나노여과막 사이에 최종 나노여과 농축수를 배출하는 바이패스관을 구비하는 것을 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료 제조장치.
- 제 6항에 있어서,상기 역삼투막 모듈이 복수로 구비되며, 각각의 역삼투막 모듈의 역삼투 생산수 배출구를 병렬로 연결하여 역삼투 생산수 저장탱크로 유입되는 역삼투 생산수 도관과 각 역삼투막 모듈의 역삼투 농축수 배출구를 직렬로 연결하여 역삼투 농축수 저장탱크로 유입되는 도관을 구비하는 것을 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료 제조장치.
- 제 7항에 있어서,최종 위치에 배치된 역삼투막 모듈로부터 배출된 역삼투 농축수가 배출되도 록 최종 위치에 배치된 역삼투막 모듈 후단에 역삼투 농축수 저장탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 고경도·미네랄 혼합음료 제조장치.
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