KR100688637B1

KR100688637B1 - 해양 심층수나 해저 심층암반수로부터 활성미네랄을제조하는 방법

Info

Publication number: KR100688637B1
Application number: KR1020050081969A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2005-09-03
Filing date: 2005-09-03
Publication date: 2007-03-09
Also published as: KR20070025614A

Abstract

본 발명은 해양 심층수나 해저 심층암반수로부터 활성미네랄(Activated minerals)을 제조하는 방법을 제시하는 것이 목적이다.

이를 위하여 본 발명은, 수심 200m이하의 해양 심층수나 해저 심층암반수를 취수하여 20∼30℃로 가온처리를 한 후 모래여과, 정밀여과(Micro filter), 한외여과(Ultra filter)와 같은 전처리 여과공정에 의해서 수중의 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거한 다음에, pH를 4.5∼6.5의 약산성으로 조정하여, 역삼투여과공정(逆渗透濾過工程)으로 보내어 운전압력을 50∼60기압(atm)에서 역삼투여과막(Reverse osmosis membrane)에 공급하면 염분은 99.0∼99.7% 제거되어 여과된 탈염수는 음용수제조공정으로 보내고, 여과되지 않은 염수는 나노 여과공정(Nano-filtration process)으로 보내어 운전압력 20∼25기압에서 여과 막에 공급하여 여과되어 2가 이상의 미네랄성분이 최대한(80wt% 이상) 제거된 탈미네랄염수는 식염제조공정으로 보내고, 여과되지 않은 Mg² ⁺, Ca² ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺ … 등과 같은 2가 이상의 미네랄(Minerals)성분이 농축된 농축미네랄수는 중화처리공정으로 보내어 중화처리를 한 후 증발·농축공정으로 보내어 보메도 비중이 30Be까지 농축한 다음, 식염제조공정에서 배출되는 간수(苦汁)와 함께 자화 및 활성미네랄 생성반응공정으로 보낸다.

중화처리된 농축미네랄수와 식염제조공정에서 배출되는 간수가 자화 및 활성 미네랄 생성반응공정에 공급되면, 미네랄착염을 생성하는 유기산을 공급하고, 12,000G(Gauss)이상 착자(着磁)된 영구자석이나 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器)에 의해서 자화처리를 하여 활성미네랄을 제조한다.

본 발명에서 제조된 활성미네랄은 천연으로 생산되는 활성미네랄에 비해서 품질이 균질 하며, 성능이 우수하기 때문에 이의 대용품으로 널리 보급될 것으로 기대된다.

해양 심층수, 해저 심층암반수, 활성미네랄(Activated minerals), 자화, 나노 여과공정(Nano-filtration), 역삼투여과(逆渗透濾過)

Description

해양 심층수나 해저 심층암반수로부터 활성미네랄을 제조하는 방법{Manufacturing method of activated minerals from the deep sea water and the deep sea rock floor water}

도 1은 해양 심층수나 해저 심층암반수로부터 역삼투 여과 후 나노여과에 의한 활성미네랄을 제조하는 공정도

도 2는 해양 심층수나 해저 심층암반수로부터 나노여과에 의한 활성미네랄을 제조하는 공정도

도 3은 대기 중의 공기에 의한 증발농축을 하는 공정에 의한 중화·증발농축·자화 및 활성미네랄생성반응·자화처리에 의한 활성미네랄을 제조하는 공정도

도 4는 가열공기를 공급하는 증발탑으로 증발농축을 하는 공정에 의한 중화·증발농축·자화 및 활성미네랄생성반응·자화처리에 의한 활성미네랄을 제조하는 공정도

도 5는 35℃에서 해수의 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도

도 6은 80℃에서 해수의 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 중화조 2: 중화조교반기

3: 농축미네랄수 이송펌프 4: 농축조

5: 농축조 레이크(Rake) 6: 증발탑

7: 증발탑 팬(Fan) 8: 분무노즐(Spray nozzle)

9: 농축미네랄수 저장조 10: 농축미네랄수 반송펌프

11: 자화 및 활성미네랄생성반응조

12: 자화 및 활성미네랄생성반응조 교반기

13: 자화기 순환펌프 14: 자화기

15: 가열공기를 공급하는 증발탑 16: 데미스터(Demister)

17: 버너(Burner) 18: 송풍기

19: 필터(Filter) M: 모터(Motor)

N: N극(North Pole) S: S극(South Pole)

pHIS: pH 지시 스위치(pH indicating switch)

BIS: 보메도 비중 지시제어 스위치(Baume indicating switch)

본 발명은 수심 200m이하의 해양 심층수(海洋深層水)나 해저(海底) 심층암반수(深層巖盤水)를 취수하여 모래여과(sand filter), 정밀여과(Micro filter), 한외여과(Ultra filter) 등에 의해서 수중의 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거한 다음에, pH를 4.5∼6.5로 조정한 것을 역삼투여과(RO filter)에 의한 농축 염수를 나노여과(Nano filter)를 하여 2가 이상의 미네랄성분을 농축한 농축미네랄수 를 중화 처리한 것과 식염제조공정에서 배출되는 간수(苦汁)에 미네랄착염을 생성하는 유기산을 주입하고 자화 처리하여 활성미네랄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

표 1 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석표

	항목	해양 심층수	표층 해수
일반항목	수온（℃）	9	16.5～24.0
	pH	7.80	8.15
	DO 용존산소 (mg/L)	7.80	8.91
	TOC 유기 탄소 (mg/L)	0.962	1.780
	용해성 증발잔류물(mg/L)	40750	37590
	M-알칼리도 (mg/L)	114.7	110.5
주요원소	Cℓ 염화물이온(wt%)	2.237	2.192
	Na 나트륨 (wt%)	1.080	1.030
	Mg 마그네슘 (wt%)	0.130	0.131
	Ca 칼슘 (mg/L)	456	441
	K 칼륨 (mg/L)	414	399
	Br 취소 (mg/L)	68.8	68.1
	Sr 스트론튬 (mg/L)	7.77	7.61
	B 붕소 (mg/L)	4.44	4.48
	Ba 바륨(mg/L)	0.044	0.025
	F 불소 (mg/L)	0.53	0.56
	SO₄(mg/L)	2833	2627
영양염류	NH₄ 암모니아태질소 (mg/L)	0.05	0.03
	NO₃ 질산태질소 (mg/L)	1.158	0.081
	PO₄ 인산태인 (mg/L)	0.177	0.028
	Si 규소 (mg/L)	1.89	0.32
미량원소	Pb 납 (μg/L)	0.102	0.087
	Cd 카드뮴 (μg/L)	0.028	0.008
	Cu 구리 (μg/L)	0.153	0.272
	Fe 철 (μg/L)	0.217	0.355
	Mn 망간 (μg/L)	0.265	0.313
	Ni 니켈 (μg/L)	0.387	0.496
	Zn 아연 (μg/L)	0.624	0.452
	As 비소 (μg/L)	1.051	0.440
	Mo 몰리브덴(μg/L)	5.095	5.555
균 수	생균수(개/ml)	10²	10³∼10⁴

※상기 분석표는 일본 고우치현(高知縣)의 무로도 등대(室戶岬) 동쪽 해저 374m의 해양 심층수와 표층해수를 취수하여 분석한 분석치 이다.

수심 200m 이하의 해양 심층수와 표층해수는 표 1의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석표"에서 보는 봐와 같이 염분(NaCl)의 농도와 대부분의 미네랄 농도 는 비슷하나, 영양염류(질산태질소, 인산, 규소), 생균 수, 수온은 상당한 차이가 있다.

해양 심층수의 수온은 계절을 통해서 연중 거의 일정하며, 해면 표층수의 수온은 16℃~28℃이지만, 수심 374m 심층수의 수온은 9℃로 저온 안정성을 나타내는 특성으로 플랑크톤, 미생물, 특히 병원성 세균 등이 적은 청정성(淸淨性)이 있다.

해양 심층수는 일반 세균 외 병원성 대장균과 병원성 바이러스 등 10종류의 세균의 검사에서도 검출되지 않았으며, 총생균수는 표층수의 10분의 1에서 100분의 1 정도로 깨끗한 물이다.

또한, 해양 심층수에는 표층수의 약 5∼10배의 무기영양염류가 포함되어 있으면서 사람에게 필요한 주요원소가 70종류를 넘는 다종다양한 미네랄성분이 포함되어 있으면서, 필요하기는 하지만 다량으로 섭취하면 해가 될 수 있는 필수 미량원소인 동, 아연과 같이 사람의 건강에 깊은 관계가 있는 것은 극히 소량 포함되어 있는 미네랄밸런스(Mineral balance)가 좋은 점이 해양 심층수의 특성이다.

그리고 섬지역이나 해안지역의 200m이하의 해저 암반을 굴착하여 취수한 해저 암반수(海底巖盤水, 海洋深層巖盤水 또는 海底深層化石海水라 하기도 함)의 경우는 해수가 암반이나 토양으로 침투되면서 암반과 토양의 성상에 따라서 다소 차이는 있으나 Na⁺이온, Mg² ⁺이온 등이 암반이나 토양의 칼슘(Ca)과 치환되면서 Na⁺이온과 Mg² ⁺이온의 농도는 다소 떨어지면서 Ca² ⁺이온이 증가한 현상 이외에는 해양 심층수와 거의 동일한 특성이 있으며, 부산 영도 해저 260m 해저암수의 무기질함유 량의 성분분석은 표 2의 내용과 같다.

표 2 부산 영도 해저 260m 해저암수의 무기질함유량 분석표

성 분	해 저 암 반 수
K(칼륨) (mg/ℓ)	175.5
Ca(칼슘)(mg/ℓ)	11185
Na(나트륨）(mg/ℓ)	1827
Mg(마그네슘）(mg/ℓ)	518.4

일반적으로 해양 심층수나 해저 심층암반수의 특성은 저온안전성(低溫安全性), 청정성(淸淨性), 부영양성(富榮養性), 미네랄의 특성, 숙성성(熟成性) 등을 언급하고 있으나, 활성미네랄제조 측면에서 특성을 검토하면 다음과 같다.

1. 매우 청정(淸淨)하면서 동·식물의 생육에 필요한 다양한 미네랄을 함유하고 있다.

심해에는 동·식물의 생육에 필요한 다양한 미네랄성분을 함유하고 있으며, 햇빛이 투과되지 않으면서 저온·고압상태로 병원성 미생물이 거의 존재하지 않으면서 생활폐수나 환경호르몬과 같은 오염물질이 없는 청정(淸淨)한 상태의 물이다.

2. 해양 심층수나 해저 심층암반수는 육상의 광천수(鑛泉水)나 하천수(河川水)에 비해서 무한한 양이 존재하면서 위생적으로 양질의 활성미네랄을 만들 수 있다.

3. 대식세포(大食細胞; Macrophage)의 증식을 활성화하는 것으로 밝혀졌다.

4. 대부분의 미네랄성분이 수중에 용해된 상태(수용성 미네랄)로 존재하기 때문에 활성미네랄로 용이하게 제조될 수 있다.

5. 표층수에 비해서 심층수에서는 산화-환원반응을 반복하면서 2가-3가철(二價-三價鐵)이 다량 존재하기 때문에 자화처리를 하였을 때 처리효율이 향상된다.

따라서 해양 심층수나 해저 심층암반수는 염분만 적절히 제거하면 양질의 활성미네랄을 만들 수 있다.

해양 심층수나 해저 심층암반수로부터 활성미네랄을 제조하는 종래기술은 조사되지 않았으며, 천연에서 활성미네랄이 출토되는 일본 나가사키현(長崎縣)의 시마하라반도(島原半島)의 운젠화산군(雲仙火山群)의 북서쪽 가라고(唐比) 함몰습지(陷沒濕地)에 해양성 규조류, 플랑크톤(Plankton), 동·식물의 유체(遺體)가 대사이드(Dacite)의 화산분출물, 자화된 2가-3가 철(자철광)이 혼합퇴적되어 pH가 2∼3으로 되면서 부식물질 중에서 풀브산(Fulvic acid)이 유리(遊離)의 상태로 유도되면서 킬레이트(Chelate)성 풀브산미네랄착염의 형태로 출토되고 있는데, 출토 장소와 위치에 따라서 성능 및 함량의 차이가 심한 문제점이 있으면서, 행정 당국의 습지보호정책으로 채굴이 제한되고 있는 문제점과 국내에서는 이와 같은 활성미네랄이 출토되는 곳이 없어 사료첨가제, 수질개량제, 미생물배양 등에 이를 상당히 고가로 수입하여 사용하고 있는 실정에 있다.

그리고 본 발명에서 해수의 비중을 나타내는 보메비중계(Baume's hydrometer)의 보메도(°Be)는 액체의 비중을 측정하기 위하여 보메비중계를 액체에 띄웠을 때의 눈금의 수치로 나타낸 것으로, 물의 비중보다 무거운 중액용(重液用)의 무거운 보메도(중보메도)와 물의 비중보다 가벼운 경액용(輕液用)의 가벼운 보메도(경보메도)가 있으며, 이 중에서 중액용은 순수(純水)를 0°Be로 하고, 15% 식염수를 15°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 가지며, 경액용은 10% 식염 수를 0°Be로 하고, 순수(純水)를 10°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 매기고 있으며, 보메도(°Be)는 해수의 경우 염 농도(wt%)와 근사(近似)하기 때문에 농도를 표시하는 척도로도 널리 사용되고 있다.

보메도(°Be)와 액체의 비중(d)과의 관계는 다음과 같다.

액체의 비중이 물의 비중보다 무거운 중보메도의 경우

d = 144.3/(144.3-Be) ………………………………………………①

액체의 비중이 물의 비중보다 가벼운 경보메도의 경우

d = 144.3/(134.3+Be) ………………………………………………②

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 해양 심층수나 해저 심층암반수로부터 활성미네랄을 인공제조하는 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수심 200m 이하의 해양 심층수나 해저 심층암반수를 취수하여 20∼30℃로 가온하는 단계, 모래여과 - 정밀여과 - 한외여과에 의한 전처리 여과단계, l차 pH를 4.5∼6.5의 약산성으로 조정하는 단계, 역삼투 여과공정에서 염수를 농축하는 단계, 역삼투 여과공정의 농축 염수를 나노여과(Nano filtration) 공정에서 여과하여 2가 이상의 미네랄을 농축하는 단계, 나노여과공정에서 농축된 농축미네랄수를 중화처리를 하는 단계. 중화처리된 농축미네랄수를 증발·농축하는 단계, 증발·농축된 미네랄수와 식염공장에서 배출되는 간수를 자화 및 활성미네랄을 생성하는 단계, 활성미네랄을 포장 및 검사단계 로 이루어진 것에 특징이 있다.

활성미네랄(Activated mineral)은 광물 중에서 수 중에 용해될 수 있는 미네랄을 말하는 학자도 있으나, 일부 학자들은 수중에 용해되어 있는 미네랄이 유기산과 반응하여 킬레이트(Chelate)성유기산미네랄착염(錯鹽)의 상태의 미네랄을 말한다.

200m이하의 해양 심층수나 해저 심층암반수는 햇빛이 투과되지 않아 광합성이 일어나지 않으며 저온성으로 미생물의 농도가 낮은 청정성이 있으면서, 질산염, 인산염, 규소와 같은 영양염류의 농도가 높으며 다종다양한 미네랄(Minerals)성분이 수중에 용해되어 있는 상태로 있기 때문에 쉽게 활성미네랄을 만들 수 있는 특성이 있다.

이하 도면을 중심으로 본 발명의 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 해양 심층수의 취수방법은 선상(船上)에서 해저 200m이하에 배관을 내려 취수하던가, 해저 수심 200m이하까지 배관을 설치하여 펌프(Pump)로 취수하던가, 해저 수심 200m이하까지 배관을 설치하여 취수정을 해수면 이하로 설치하여 사이펀(siphon) 원리에 의해서 취수를 한다.

그리고 해저 심층암반수를 취수하는 경우는 취수정으로 오염된 해양 표층수가 유입될 우려가 있기 때문에 취수정의 배관을 해저 200m까지는 밀폐되게 설치를 하여 해양 표층수가 유입되지 않게 취수정을 설치하여야 한다.

집수조에 취수된 해양 심층수나 해저 심층암반수는 온도가 낮으면서 점도가 높아 여과효율이 떨어지기 때문에 20∼30℃로 가온 처리를 한다.

가온 방법은 보일러에서 열을 공급받거나, 여름철에는 해양 표층수를 이용할 수도 있다.

가온 처리된 해양 심층수나 해저 심층암반수는 모래여과(Sand filter), 정밀여과(Micro filter ), 한외여과(限外濾過; Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상을 조합한 여과를 하여 후단의 나노여과(Nano filter)와 역삼투여과(Reverse Osmosis filter)에서 막 막힘(Fouling) 현상이 야기될 수 있는 부유고형물(SS; Suspended solid)을 제거하는 전처리 여과공정이다.

이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정하며, 모래여과의 경우 여과속도는 6∼10m/시간으로 하고, 여과사(濾過砂)의 유효경(有效徑)은 0.3∼0.45㎜, 균등계수(均等係數)는 2.0 이하로 하며, 여층(濾層)의 두께는 0.5∼1.0m로 한다.

그리고 정밀여과와 한외여과는 여과 막의 종류에는 구애받지 않으며, 벤더(Vendor)의 사양에 따라서 여과속도와 압력손실을 고려하여 공급압력을 결정한다.

전처리여과공정에서 수중의 부유고형물질이 제거된 해양 심층수나 해저 심층암반수는 pH조정공정으로 보내어 나노여과막이나 역삼투여과막에서 스케일(Scale)이 생성되지 않도록 pH를 4.5∼6.5로 조정하며, 이때 pH조정제로는 무기산(無機酸) 중에서 5∼10wt%의 염산(HCl) 수용액을 사용한다.

pH조정 방법은 교반시간(체류시간)을 15∼30분간, 180∼360RPM(회전속도)의 프로펠러 교반기(Propeller Agitator)로 교반하면서 전처리 여과된 해양 심층수나 해저 심층암반수에 pH조정제를 주입하면서 pH를 4.5∼6.5로 조정한 다음에 역삼투여과공정으로 보낸다.

이하 사용하는 나노여과(Nano filter)와 역삼투여과(Reverse Osmosis filter)의 막 모듈(Module) 형태는 관형(管形; tubular), 중공사형(中空絲形; hollow fiber), 나선형(螺旋形; spiral wound), 평판형(平板形; plate and frame) 등 어떠한 형태를 사용하여도 상관이 없으며, 그리고 막(膜)의 재질(材質)도 특별히 제한하지는 않는다.

pH조정공정에서 pH를 4.5∼6.5로 조정하여 역삼투여과공정에 공급되면 운전압력을 50∼60기압(atm)으로 여과 막에 공급하며, 나선형여과막의 경우 막투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 염분은 99.0 ∼ 99.85wt% 범위로 제거되며, 염분이 탈염(脫鹽)된 탈염수는 음용수제조공정으로 보내고, 염수는 나노여과공정으로 보낸다.

나노여과(Nano filter)공정에서는 염수 중의 1가 염인 NaCl, KCl과 2가 이상의 미네랄성분인 CaCO₃, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄가 90wt%이상 분리되도록 공급압력을 15∼25기압(atm)으로 하며, 나선형의 경우 막투과수량(膜透過水量)은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하면, 이때 막투과수량은 유입수량의 80∼90%가 된다.

나노여과공정에서 2가 이상의 미네랄성분인 CaCO₃, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄가 농축된 농축미네랄수는 중화처리공정으로 보내고, 2가 이상의 미네랄성분이 제거된 탈미네랄염수인 NaCl을 다량 함유한 염수는 식염제조공정으로 보낸다.

그리고 도 2에서와 같이 전처리여과 후 pH조정공정에서 pH를 4.5∼6.5로 조정한 해양 심층수나 해저 심층암반수를 나노여과공정으로 보내어 탈미네랄염수는 역삼투여과공정으로 보내어 탈염수는 음용수제조공정으로 보내고, 농축 염수는 식염제조공정으로 보내면서, 나노여과공정에서 1가의 염인 NaCl, KCl이 제거된 농축미네랄수는 중화처리공정으로 보낸다.

나노여과공정에서 배출하는 농축미네랄수가 중화처리공정의 중화조(1)에 유입되면 중화제로는 Ca(OH)₂, CaO, NaOH, NaHCO₃, Na₂CO₃ 중에서 한 종류의 수용액을 공급하면서 중화조교반기(2)로 교반을 하면서 pH를 6.5∼7.5의 범위로 중화처리를 하여 농축미네랄수 이송펌프(3)에 의해서 농축미네랄수 반송수와 함께 증발·농축공정의 증발탑(6) 상부로 보내어 분무노즐(Spray nozzle: 8)을 통해서 분무한다.

중화처리공정의 운전조건도 pH조정공정에서와 같이 교반시간(체류시간)을 15∼30분간, 180∼360RPM(회전속도)의 프로펠러 교반기로 교반하면서 중화제를 주입하여 pH를 6.5∼7.5로 조정한다.

중화처리된 농축미네랄수가 농축미네랄수 반송수와 함께 증발·농축공정의 증발탑(6) 상부의 분무노즐(8)을 통해서 분무하면 증발탑(6) 상부에 설치된 증발탑 팬(7)에 의해서 증발탑(6) 하부로부터 대기 중의 공기를 흡입하여 상부로 배출하면서 농축미네랄수는 공기와 향류접촉(向流接觸)을 하면서 수분은 증발한 후 농축조(4)로 떨어진다.

증발탑(6)에서 수분이 증발되어 농축되면서 석출된 고형물(CaCO₃, CaSO₄ … 등)이 농축조(4) 하부로 침전되면, 농축조 레이크(5)에 의해서 농축조(4) 하부 콘(Cone)으로 모이면 간헐적(間歇的)으로 자화 및 활성미네랄생성반응조(11)로 배출하고, 농축조(4) 상부로 익류(Over flow)하는 농축미네랄수는 농축미네랄저장조 (9)로 보내어 농축미네랄수 반송펌프(10)에 의해서 증발탑(6) 상부로 반송하면서 보매도비중이 도 5와 도 6의 "해수의 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도"와 표 3의 "해수의 증발농축에서 석출율"에서 보는 바와 같이 30°Be 이상 되면 MgSO₄, MgCl₂, KCl … 등이 대량으로 석출(析出)하기 때문에 농축미네랄수 저장조(9)에 설치된 보메도 비중 지시제어 스위치(Baume indicating switch; BIS)에 의해서 전자변(Solenoid valve)의 작동되도록 하여 자화 및 활성미네랄반응공정의 자화 및 활성미네랄반응조(11)로 보낸다.

증발탑(6)의 형태와 구조는 일반 산업공장의 냉각수를 냉각하는 냉각탑의 구조와 동일하며, 농축조(4)는 하·폐수처리에 사용하는 농축조와 동일한 구조이며, 증발탑(6)의 재질은 내염성 재질을 사용한다.

농축조(4)와 농축미네랄수 저장조(9)의 재질은 철근 콘크리트(Reinforced concrete)에 에폭시 코팅을 한 것이나 티타늄이나 SUS-316L 또는 스틸 강판에 FRP수지나 에폭시 수지를 라이닝 또는 코팅을 한 것을 사용한다.

농축조(4)의 직경은 익류수의 표면적 부하가 15∼30㎥/㎥·일의 범위로 하고, 깊이는 3∼4m로, 하부 바닥의 경사는 1.5/10∼2.5/10 범위의 구배(句配)가 되게 설계한다.

표 3 해수의 증발농축에서 석출율(g/ℓ)

비중 (°Be)	부피 (cc)	Fe₂O₃	CaCO₃	CaSO₄	MgSO₄	MgCℓ₂	NaCℓ	MgBr₂	KCℓ
3.4	1,000
7.1	533	0.0030	0.0642
11.5	316		Trace
14.0	245		Trace
16.75	190		0.0530	0.5600
20.60	145.5			0.5020
22.00	131.0			0.1600
25.00	112.0			0.1508
26.25	95.0			0.1476	0.0040	0.0078	3.2614
27.0	64.0			0.1440	0.0130	0.0356	9.6500
28.50	39.0			0.0700	0.0260	0.0437	7.8960	0.0728
32.30	30.0			0.0144	0.0174	0.0150	2.6240	0.0358
32.40	23.0				0.0254	0.0240	2.2720	0.0518
35.0	16.2				0.5382	0.0274	1.4040	0.0620
전석출량	-	0.0030	0.1172	1.7488	0.6240	0.1535	27.1074	0.2224
간수 중 잔존량	-				1.8548	3.1640	0.5885	0.3300	0.5335
합 계	-	0.0030	0.1172	1.7488	2.4788	3.3175	27.6959	0.5524	0.5335

그리고 농축미네랄수 저장조(9)는 체류시간이 30∼60분의 용량으로 하며, 농축미네랄수 반송펌프의 용량은 반송수량이 유입수량(중화처리된 농축미네랄수의 유량)의 2∼4배의 유량으로 한다.

그리고 전술한 도 3의" 대기 중의 공기에 의한 증발농축을 하는 공정에 의한 중화·증발농축·자화 및 활성미네랄생성반응·자화처리에 의한 활성미네랄을 제조하는 공정"은 대기온도가 낮은 동절기(冬節期)나 우기(雨期)의 경우에는 증발·농축이 거의 일어나지 않기 때문에 대기 중의 공기를 공급하여 증발하는 증발탑(6) 대신에 도 4의 "가열공기를 공급하는 증발탑(15)으로 증발농축을 하는 공정에 의해서 중화·증발농축·자화 및 활성미네랄생성반응·자화처리에 의한 활성미네랄을 제조하는 공정"에 의해서 수분을 증발농축을 한다.

가열공기를 공급하는 증발탑(15)으로 증발농축을 하는 경우는 중화처리된 농축미네랄수와 농축미네랄수 반송수를 압축공기와 함께 가열공기를 공급하는 증발탑(15) 상부로 보내어 분무 노즐(18)을 통해 분무하면서 송풍기(18)에서 공급된 공기를 버너(17)에 의해서 가열한 열풍이 필터(19)를 통해 하부로 공급되면, 열풍공기와 향류접촉(向流接觸)하면서 증발된 수분은 데미스터(Demister; 16)를 통해 대기로 방출되고, 증발·농축된 함수는 농축조(4)로 보내어 석출된 염이 침전되면 염농축조 레이크(5)에 의해서 하부 중앙 콘으로 모이면 간헐적으로 자화 및 활성미네랄생성반응조(11)로 배출하고, 농축조(4) 상부로 익류하는 농축미네랄수는 농축미네랄저장조 (9)로 보내어 농축미네랄수 반송펌프(10)에 의해서 증발탑(6) 상부로 반송하면서 보매도비중이 도 5와 도 6 "해수의 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도"와 표 3의 "해수의 증발농축에서 석출율 표"에서 보는 바와 같이 30°Be 이상 되면 MgSO₄, MgCl₂, KCl … 등이 대량으로 석출하기 때문에 농축미네랄수 저장조(9)에 설치된 보메도 비중지시제어 스위치(Baume indicating switch; BIS)에 의해서 전자변의 작동에 의해서 자화 및 활성미네랄반응공정의 자화 및 활성미네랄반응조(11)로 보낸다.

가열공기를 공급하는 증발탑(15)의 재질은 내염성 재질인 티타늄(Titanium)이나 SUS-316L을 사용하는 것이 바람직하지만 경제성을 감안하여 스틸(Steel) 강판에 FRP( Fiber reinforced plastics) 수지나 에폭시 수지(Epoxy resin)를 라이닝(Lining) 또는 코팅(Coating)을 한 것을 사용할 수도 있다.

가열공기를 공급하는 증발탑(15)의 분부 노즐(8)에는 분무효율을 향상하기 위해서 압축공기를 입구(Up-stream) 측에 1∼6기압(atm)의 압력으로, 공기와 액체의 질량비가 1.1∼1.2의 비율로 공급한다.

송풍기(18)에서 공급되는 열풍공기의 가열은 버너(17)에서 중유나 경유를 사용하나 천연가스(LNG; Liquid Natural Gas )나 LPG(Liquid Petroleum Gas)를 사용할 수도 있으며, 열풍의 온도는 150∼400℃로 하고, 데미스터(16)를 통해서 대기로 배기 되는 습윤공기의 온도는 60∼80℃로 한다.

그리고 가열공기를 공급하는 증발탑(15)에서 증발은 항율건조(恒率乾燥)만 진행되기 때문에 하부에서 농축조(4)로 배출되는 증발·농축된 농축미네랄수의 온도는, 열에 약한 성분이 열 분해되지 않도록 80℃ 이하가 되게 탑의 높이를 설계한다.

농축조(4)의 익류수가 농축미네랄수저장조(9)로 익류되어 농축미네랄수 반송펌프(10)에 의해서 가열공기를 공급하는 증발탑(15)로 반송하는 유량은 농축미네랄수의 유입수량에 2∼4배의 유량으로 한다.

송풍기(18)에서 공급되는 열풍공기의 유량은 장치출입구의 엔탈피(Enthalpy) 및 물질 수지(Material balance)에서 구한 값에 열손실을 10% 감안하여 결정한다.

송풍기(18)에서 공급되는 열풍공기의 유량이 결정되면 가열공기를 공급하는 증발탑(15)의 탑경(塔徑)은 열풍공기의 유속이 3∼5m/sec의 범위로 설계한다.

가열공기를 공급하는 증발탑(15)의 하부 콘(Cone)의 각도(α)는 10°≤α≤60°로 하고, 배출 부의 관경(D。)과 증발탑(6)의 관경(D)의 비(比)는 0.3≤D。/D≤0.7의 범위로 설계한다.

농축미네랄수가 식염제조공정에서 배출하는 간수(苦汁)와 함께 자화 및 미네랄생성반응조(11)에 공급되면 구연산(Citric acid), 주석산(Tartaric acid), 호박산(Succinic acid), 사과산(Malic acid), 풀브산(Fulvic acid) …과 같은 유기산 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 보매도 비중이 30°Be이상 농축된 농축미네랄수와 식염제조공정에서 배출하는 간수에 함유된 총고형물(Total solid) 양을 건량기준으로 총고형물/유기산의 중량비가 0.4∼1.2의 범위로 주입하면서 자화 및 활성미네랄생성반응조 교반기(12)로 교반하여 킬레이트(Chelate)성 유기산미네랄착염이 생성되도록 하면서, 자화기 순환펌프(13)로 자화기(14)의 자계(磁界)를 통하게 하여 자화 및 미네랄생성반응조 (11)로 반송하면서 자화처리를 하여 활성미네랄을 제조한다.

활성미네랄은 포장공정으로 보내어 포장한 다음, 검사 후 제품으로 출하한다.

자화 및 활성미네랄생성반응조(11)의 용량은 체류시간이 40∼120분으로 하며, 재질은 농축미네랄수 저장조(9)와 동일하게 하며, 자화 및 활성미네랄생성반응조 교반기(12)는 180∼360RPM(회전속도)의 프로펠러교반기로 교반한다.

자화기 순환펌프(13)의 토출(吐出) 측에 설치된 자화기(5)는 12,000∼15,000G(Gauss)범위로 착자(着磁)된 영구자석을 설치하던가, 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성 재료의 원통형 도전관(導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5V 범위의 교류 또는 직류의 저전압을 인가하여 코일의 내부에 자기장(磁氣場)이 형성하도록 한 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器)를 사용한다.

이상에서 전술한 바와 같이 본 발명에서 제조된 활성미네랄은 천연으로 출토되는 활성미네랄을 정제한 것에 비해서 제품의 품질이 균일한 특징이 있기 때문에 천연으로 생산되는 활성미네랄 대체품목으로 널리 보급될 것으로 기대된다.

Claims

1. 수심 200m이하에서 취수한 해양 심층수나 해저 심층암반수를 20∼30℃로 가온 처리한 후 모래여과, 정밀여과, 한외여과를 단독 또는 2종류 이상을 조합한 전처리여과를 한다.

2. 전처리를 한 여과수에 염산(HCl)을 주입하여 pH를 4.5∼6.5로 조정하여 역삼투여과공정으로 보내어 탈염수는 음용수제조공정으로 보내고, 염수는 나노여과공정으로 보낸다.

3. 염수를 나노여과공정에 공급하여 여과된 탈미네랄염수는 식염제조공정으로 보내고, 2가 이상의 미네랄성분이 농축된 농축미네랄수는 중화처리공정으로 보낸다.

4. 중화처리공정에 공급된 농축미네랄수에 중화제로 Ca(OH)₂, CaO, NaOH, NaHCO₃, Na₂CO₃ 중에서 한 종류의 수용액을 공급하면서 중화조 교반기(2)로 교반을 하면서 pH를 6.5∼7.5의 범위로 중화처리를 하여 농축미네랄수 이송펌프(3)에 의해서 증발탑(6) 상부로 보낸다.

5. 중화처리된 농축미네랄수는 증발탑(6) 상부로 보내어 분무노즐(8)을 통해서 분무하면서 증발탑(6) 상부에 설치된 증발탑 팬(7)에 의해서 증발탑(6) 하부로부터 대기 중의 공기를 흡입하여 상부로 배출하고, 농축미네랄수는 공기와 향류접촉(向流接觸)을 하여 수분을 증발한 후 농축조(4)로 떨어져 석출된 고형물이 농축조(4) 하부로 침전되면, 농축조 레이크(5)에 의해서 농축조(4) 하부 콘(Cone) 부분으로 모이면 간헐적(間歇的)으로 자화 및 활성미네랄생성반응조(11)로 배출하고, 농축조(4) 상부로 익류(Over flow)하는 농축미네랄수는 농축미네랄저장조 (9)로 보내어 농축미네랄수 반송펌프(10)에 의해서 증발탑(6) 상부로 반송하면서 보매도비중이 30°Be 이상 되면 농축미네랄수 저장조(9)에 설치된 보메도 비중 지시제어 스위치(Baume indicating switch; BIS)에 의해 전자변을 작동하여 미네랄생성반응조(11)로 보낸다.

6. 보매도비중이 30°Be이상 농축된 농축미네랄수가 식염제조공정에서 배출하는 간수(苦汁)와 함께 자화 및 미네랄생성반응조(11)에 공급되면 구연산(Citric acid), 주석산(Tartaric acid), 호박산(Succinic acid), 사과산(Malic acid), 풀브산(Fulvic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 보매도 비중이 30°Be이상 농축된 농축미네랄수와 식염제조공정에서 배출하는 간수에 함유된 총고형물(Total solid) 양을 건량기준으로 총고형물/유기산의 중량비가 0.4∼1.2의 범위로 주입하면서 자화 및 활성미네랄생성반응조 교반기(12)로 교반하여 킬레이트(Chelate)성 유기산미네랄착염을 생성 도록 하면서, 자화기 순환펌프(13)로 12,000∼15,000G(Gauss)범위로 착자(着磁)된 영구자석 자화기(14)나 절연성 재료의 원통형 도전관(導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5V 범위의 교류 또는 직류의 저전압을 인가하여 코일의 내부에 자기장(磁氣場)이 형성하도록 한 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器)의 자계(磁界)를 통한 다음, 자화 및 미네랄생성반응조(11)로 반송하면서 자화처리를 하여 활성미네랄을 제조한다.

상술한 처리단계에 의해서 활성미네랄을 제조하는 방법.

삭제

제1항에 있어서, 5번의 중화처리된 농축미네랄수를, 대기온도가 낮은 동절기(冬節期)나 우기(雨期)의 경우에는, 대기 중의 공기에 의한 증발농축을 하는 공정의 증발탑(6) 대신에 가열공기를 공급하는 증발탑(15) 상부로 보내어 분무 노즐(18)을 통해 분무하면서 송풍기(18)에서 공급된 공기를 버너(17)에 의해서 가열한 열풍이 필터(19)를 통해 하부로 공급되면, 열풍공기와 향류접촉(向流接觸)하면서 증발된 수분은 데미스터(Demister; 16)를 통해 대기로 방출되고, 증발농축된 함수는 농축조(4)로 보내어 석출된 염이 침전되면 염농축조 레이크(5)에 의해서 하부 중앙 콘으로 모이면 간헐적으로 자화 및 활성미네랄생성반응조(11)로 배출하고, 농축조(4) 상부로 익류하는 농축미네랄수는 농축미네랄저장조 (9)로 보내어 농축미네랄수 반송펌프(10)에 의해서 증발탑(6) 상부로 분무효율을 향상하기 위해 압축공기와 함께 반송하여 문무노즐(18)을 통해서 분무하면서 보매도 비중이 30°Be 이상 되면 농축미네랄수 저장조(9)에 설치된 보메도 비중 지시제어 스위치 BIS(Baume indicating switch; BIS)에 의해 전자변을 작동하여 자화 및 활성미네랄반응공정의 자화 및 활성미네랄반응조(11)로 보내는 공정에 의해서 활성미네랄을 제조하는 방법.

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