KR100759983B1 - 미네랄 성분의 자유로운 조정이 가능한 해양 심층수를이용한 미네랄 워터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

해양 심층수를 담수화하여 미네랄 워터를 제조하는 방법으로서, 해양 심층수에 함유되어 있는 주요 미네랄(마그네슘(Mg), 칼륨(K) 및 칼슘(Ca))의 조성비를 그대로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 주요 미네랄 조성비를 조정하여 맞춤형 미네랄 워터를 제조할 수 있는 방법이 개시된다. 상기 해양 심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법은, 제1 역삼투막에 해양 심층수를 통과시켜, 제1 농축수와 제1 투과수를 얻는 단계; 제2 역삼투막에 상기 제1 투과수를 통과시켜, 제2 농축수와 제2 투과수를 얻는 단계; 및 상기 제1 농축수로부터 미네랄 성분을 분리하여, 상기 제2 투과수에 첨가하는 단계를 포함하는 미네랄 워터의 제조방법에 있어서, 상기 제2 농축수는 상기 해양 심층수로 재순환되어 첨가되는 것을 특징으로 한다.

미네랄, 미네랄 워터, 해양 심층수

Description

미네랄 성분의 자유로운 조정이 가능한 해양 심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법 {Method for producing mineral water from deep ocean water with active control of mineral balances}

도 1 및 2는 각각 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라, 해양 심층수를 담수화하는 과정을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 미네랄 워터의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 미네랄 성분, 특히 칼륨(K), 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg) 성분의 함량을 자유로이 조절할 수 있는, 해양 심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 해양 심층수란 태양광이 도달하지 않는 수심 200m 이상의 깊은 곳에 위치하는 바닷물을 의미하는 것으로, 일본 수산청의 수산 심층수 협의회에서는 광합성에 의한 유기물 생성이 없고, 겨울철에 연직 혼합작용이 발생하지 않는 수심 이하의 해수를 심층수라고 정의하고 있다. 이러한 해양 심층수는 생명활동에 필요한 무기 영양염이 다량 포함된 부영양성(富營養性), 화학물질에 의한 오염이 없는 청정성(淸淨性), 온도의 변화가 거의 없는 저온안정성(低溫安定性), 20기압 이상의 수압에서 오랜 세월에 걸쳐 숙성된 숙성성(熟成性) 등의 특성을 가진 해양자원으로서, 수산분야(양식), 에너지 분야(냉방), 제품 분야(식품, 소금, 술, 생수, 화장품), 의료 분야(아토피성 피부치료) 등에 광범위하게 이용되고 있다. 특히, 해양 심층수에는 4대 미네랄(마그네슘, 칼슘, 칼륨, 나트륨)을 비롯하여, 아연, 셀렌, 망간 등의 각종 미네랄 성분이 포함되어 있으므로, 담수화를 통한 미네랄 워터의 제조에 유용한 것으로 알려져 있다.

미네랄은 인간에게 필요한 5대 영양소 중의 하나로서, 신체 구성, 신체 기능 조절 등의 역할을 수행하고 있다. 미네랄의 결핍 및 과잉은 신체적, 정신적 발달을 저해하고, 각종 질병을 야기하는 원인이 되므로, 체내의 미네랄 밸런스(Mineral balance)를 유지하는 것이 중요하다. 미네랄 성분 중에서 칼슘(calcium, Ca⁺⁺)은 뼈와 치아 형성, 근육, 신경 및 심장의 기능 조절, 혈액응고 촉진 등의 기능을 하며, 결핍 시에는 변비, 골다공증, 발육장애, 경련, 충치, 신경 불안증 등이 발생하고, 비타민 D와 함께 과량 복용시 고칼슘혈증, 관절이나 신장에 칼슘침착 등의 증상이 발생한다. 마그네슘(magnesium, Mg⁺⁺)은 에너지 생성, 신경기능 조절, 비타민 B, E 대사의 촉진 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 심장병, 고혈압, 신결석, 불면증, 부정맥, 저혈압, 식욕상실, 근육통, 빈혈 등이 발생하고, 과량 복용 시에는 신기능 이상 환자에게 위험하다. 칼륨(potassium, K⁺)은 세포내 산염기 평형 조절, 수분조절, 신경기능 유지, 세포기능 보존, 혈관확장, 뇌의 산소공급 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 부정맥, 식욕감퇴, 근육경련, 변비, 피로, 무력증, 저혈당증 등이 발생하고, 과량 섭취시 신부전 환자에게 위험하다.

해양 심층수에 포함된 미네랄 성분은 100% 수용성이므로 체내 흡수가 용이한 장점이 있다. 따라서 해양 심층수에 포함된 미네랄 성분은, 잘못된 식이습관, 환경오염 등으로 인해, 미네랄 밸런스가 무너진 현대인에게 매우 유용한 미네랄 공급원이 될 수 있다. 그러나 해수의 경우, 상당량의 염분(NaCl)을 포함하므로, 염분을 제거하는 담수화 과정에서, 유용한 미네랄 성분인 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등이 함께 제거되는 문제가 있다. 해수의 담수화 방법으로는 증발법, 역삼투막법, 전기투석법 등이 일반적으로 알려져 있다. 증발법은 해수를 증발시켜 용매인 물은 증발시키고, 용질은 잔류시키는 원리를 이용하는 것이며, 역삼투막법은 물에 용해되어 있는 이온성 물질은 배제하고, 순수한 물만 통과시키는 막(반투막)을 이용하여, 해수 중에 용해된 이온성 물질을 여과하는 방법이며, 전기투석법은 음이온막과 양이온막을 교대로 배치한 후, 음이온막과 양이온막의 양단에 위치한 전극에 직류전압을 걸어, 양이온 및 음이온을 제거하여, 순수한 담수를 얻는 방법이다. 그러나, 이들 담수화 방법을 사용할 경우에는, 해수에 포함된 각종 미네랄 성분을 효율적으로 분리하기 어려우므로, 미네랄 성분의 회수율이 낮으며, 특히, 염화나트륨(NaCl)을 완전히 제거하면서, 나트륨(Na⁺)과 동일한 이온가를 가지는 칼륨(K⁺) 성분을 적절히 분리하기 어려운 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 해양 심층수로부터, 염화나트륨을 제거하면서도, 각종 미네랄 성분, 특히 칼륨 성분을 효율적으로 분리하여 이용할 수 있는, 미네랄 워터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 각종 미네랄 성분의 회수율을 향상시킨, 해양 심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 해양 심층수를 이용하여, 제조자가 원하는 임의의 미네랄 밸런스가 유지된 미네랄 워터를 경제적으로 제조할 수 있는, 미네랄 워터의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 역삼투막에 해양 심층수를 통과시켜, 제1 농축수와 제1 투과수를 얻는 단계; 제2 역삼투막에 상기 제1 투과수를 통과시켜, 제2 농축수와 제2 투과수를 얻는 단계; 및 상기 제1 농축수로부터 미네랄 성분을 분리하여, 상기 제2 투과수에 첨가하는 단계를 포함하는 미네랄 워터의 제조방법에 있어서, 상기 제2 농축수는 상기 해양 심층수로 재순환되어 첨가되는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용되는 해양 심층수는 수심 200m 이상의 깊은 바닷속에서 취수한 것으로서, 나트륨 이온(Na⁺), 칼륨 이온(K⁺), 칼슘 이온(Ca^{2 +}), 마그네슘 이온(Mg^{2 +}), 붕소 이온(B³⁺), 염소 이온(Cl^-), 탄산 이온(CO₃ ^{2 -}), 황산 이온(SO₄ ^{2 -}) 등의 이온 성분을 포함하며, 통상적으로 해양 심층수 1L의 염분 중, 10500mg의 Na⁺ 성분, 1350mg의 Mg^{2 +} 성분, 400mg의 Ca^{2 +} 성분, 380mg의 K⁺ 성분, 4.6mg의 B³⁺ 성분을 포함한다. 상기 이온 성분들은 심층수의 온도 및 농도에 따라, 탄산칼슘(CaCO₃), 황산칼슘(CaSO₄) 또는 황산칼슘수산화물(CaSO₄·2H₂O), 염화나트륨(NaCl), 황산마그네슘(MgSO₄), 염화칼륨(KCl), 염화마그네슘수산화물(MgCl₂·2H₂O) 등의 각종 무기염류를 형성한다. 이와 같은 해양 심층수를 이용하여 미네랄 워터를 제조하기 위해서는, 먼저, 역삼투막에 상기 해양 심층수를 통과시켜, 상기 이온 성분을 포함하는 농축수와 상기 이온 성분이 제거된 투과수를 얻는다. 상기 농축수는 농축수 1리터(liter)에 대하여, 20,000~23,000mg의 Na⁺ 성분, 1,900~2,100mg의 Mg^{2 +} 성분, 600~670mg의 Ca^{2 +} 성분, 630~700mg의 K⁺ 성분, 6~7mg의 B³⁺ 성분을 포함하며, 상기 투과수는 투과수 1리터(liter)에 대하여, 5~6.5 mg의 Na⁺ 성분, 0.4~0.6mg의 Mg^{2 +} 성분, 0.1~0.25mg의 Ca^{2 +} 성분, 0.1~0.25mg의 K⁺ 성분, 0.01~0.08mg의 B³⁺ 성분을 포함한다.

다음으로, 상기 농축수를 가열 농축하고 여과하여, 칼슘염, 나트륨염 및 황산염의 결정을 분리한다. 이 과정에서, 상기 칼슘염으로는 탄산칼슘(CaCO₃), 황산칼슘(CaSO₄) 등이 석출되고, 상기 나트륨염으로는 염화나트륨(NaCl)이 주로 석출되며, 상기 황산염으로는 황산마그네슘(MgSO₄), 황산칼륨(K₂SO₄), 황산나트륨(Na₂SO₄) 등이 주로 석출된다. 상기 칼슘염, 나트륨염 및 황산염의 결정을 분리하는 단계는, 상기 농축수를 가열 농축함에 따라, 무기염류, 즉 미네랄이 순차적으로 결정화되는 원리를 이용하여, 단계적으로 수행될 수 있다. 본 발명에 있어서, 농축수의 가열 농축 정도는 보메도(°Be)로 측정될 수 있다. 보메도(°Be)는 액체의 비중을 측정하기 위하여 보메 비중계(Baume's hydrometer)를 액체에 띄웠을 때의 눈금을 수치로 나타낸 것으로, 물의 비중보다 무거운 중액용(重液用)의 보메도(중보메도)와 물의 비중보다 가벼운 경액용(輕液用) 보메도(경보메도)가 있다. 이 중에서 중액용은 순수(純水)를 0°Be로 하고, 15중량% 식염수를 15°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 가지며, 경액용은 10중량% 식염수를 0°Be로 하고, 순수(純水)를 10°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 매기고 있으며, 해수의 경우 보메도(°Be)와 염 농도(wt%)는 근사(近似)하기 때문에, 보메도(°Be)는 해수의 농도를 표시하는 척도로 사용될 수 있다. 보메도(°Be)와 액체의 비중(d)과의 관계는 다음과 같다.

중보메도의 경우: d = 144.3/(144.3-°Be)

경보메도의 경우: d = 144.3/(134.3+°Be)

상기 농축수로부터, 칼슘염, 나트륨염 및 황산염의 결정을 순차적으로 분리하는 방법의 일예를 설명하면, 먼저, 상기 농축수를 보메도 비중이 20 내지 25 °Be 가 되도록 가열 농축하여, 주성분으로서 황산칼슘(CaSO₄) 및 미량 성분으로서 황산칼슘나트륨(Na₂Ca(SO₄)₂) 및 탄산칼슘(CaCO₃) 결정을 생성시킨 후, 이를 여과하여, 미네랄 성분으로서 칼슘(Ca) 성분을 얻는다. 칼슘염을 석출시킨 다음, 칼슘염이 제거된 여액을 보메도 비중이 25 내지 30 °Be가 되도록 가열하여, 염화나트륨(NaCl) 결정을 석출시켜 제거한다. 이와 같이 나트륨염을 석출시킨 다음, 나트륨염이 제거된 여액을 보메도 비중이 31 내지 32 °Be가 되도록 가열하여, 주성분으로서 황산마그네슘(MgSO₄) 및 미량성분으로서 NaCl, KCl 또는 MgCl₂와 (Na, K, Mg 또는 Ca)SO₄·의 복염 2수화물(2H₂O) 결정을 생성시킨 후, 이를 여과한다. 상기 황산염의 결정화 단계에서 분리되는 주요한 미네랄은 마그네슘(Mg)이다.

상기 칼슘염, 나트륨염 및 황산염의 결정을 분리하는 과정에서, 가열은 교반 과 동시에 서서히 진행되는 것이 바람직하고, 각 분리 과정에서 보메도 비중이 상기 범위 미만이면, 칼슘, 나트륨염 및 황산염을 포함하는 무기염류의 결정이 완전히 형성되지 않을 우려가 있고, 보메도 비중이 상기 범위를 초과하면, 칼슘, 나트륨염 및 황산염 외에 다른 성분의 무기염류가 함께 석출될 우려가 있다. 상기 단계에서 얻은 칼슘염 및 마그네슘염은, 본 발명에 따른 미네랄 워터의 칼슘원 및 마그네슘원으로 사용할 수 있으며, 상기 단계에서 얻은 나트륨염은 정제염 등 별도의 용도로 사용하거나, 폐기한다.

다음으로, 상기 칼슘염, 나트륨염 및 황산염이 제거된 농축수를 가열 농축하고 여과하여, 칼륨염 및 마그네슘염의 혼합염을 얻는다. 이 과정에서, 상기 칼륨염 및 마그네슘염의 혼합염은 대부분 염화칼륨·염화마그네슘·2수화물(KCl·MgCl₂·2H₂O) 결정 형태로 얻어진다. 상기 단계는, 상기 칼슘염, 나트륨염 및 황산염이 제거된 농축수(여액)를 보메도 비중이 33 내지 34 °Be가 되도록 가열 후, 서서히 냉각시키면서 수행될 수 있다. 상기 단계에 있어서도, 가열은 교반과 동시에 서서히 진행되는 것이 바람직하다.

이와 같이 얻은 칼륨염 및 마그네슘염의 혼합염을 물로 세척하여, 칼륨염 결정을 얻음으로써, 인체에 필요한 주요 미네랄 성분인 칼륨(K) 성분을, 다른 미네랄 성분과 분리하여 수득할 수 있다. 상기 칼륨염의 주성분은 염화칼륨(KCl)이다. 상 기 세척에 사용되는 물은 특별히 제한되지는 않지만, 멸균된 증류수, 탈이온수 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 물의 사용량은 마그네슘염이 충분히 용해되어 제거될 정도의 양으로 사용할 수 있다. 이와 같이 얻은 염화칼륨 결정을 정량하여, 상기 해양 심층수로부터 얻은 투과수에 첨가하면, 미네랄 성분으로서 칼륨의 양이 조절된 미네랄 워터를 얻을 수 있다.

또한, 필요한 경우에는, 상기 순수한 칼륨염 결정을 얻는 단계에서 생성된 여액을 보메도 비중이 35 내지 37 °Be가 되도록 가열하여 염화마그네슘·2수화물(MgCl₂·2H₂O) 결정을 얻을 수 있다. 이 과정에서 분리되는 주요한 미네랄은 마그네슘(Mg)이다. 상기 염화마그네슘을 얻기 위한 가열 단계는, 교반과 동시에 서서히 진행되는 것이 바람직하다.

이상의 단계에서 얻은 각종 무기염류를, 소망하는 양으로 상기 투과수에 첨가함으로써, 미네랄 밸런스가 유지된 미네랄 워터를 제조할 수 있다. 투과수에 첨가되는 미네랄의 양은, 요구되는 미네랄 워터의 특성에 따라 달라질 수 있으나, Mg : Ca : K의 중량비가 3 : 0.5 ~ 1.5 : 0.5~1.5의 범위인 것이 바람직하고, 나트륨 이온의 함량은 칼륨 이온 함량의 1/2이하, 바람직하게는 1/3이하인 것이 좋다. 상기 Mg, Ca, 및 K 성분의 함량비는 한국인의 미네랄 밸런스를 유지하기에 적합한 범위로 설정된 것이다. 종래의 해양 심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방 법에 있어서는, 칼륨염의 함량을 조절하기가 곤란하거나, 칼륨염의 함량을 조절할 경우, 다른 미네랄 성분이 칼륨염에 비례하여, 필연적으로 과다하게 포함되는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따른 미네랄 워터의 제조방법에 있어서는, 칼륨염을 순수하게 얻을 수 있으므로, 칼륨염의 함량을 용이하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 칼륨, 마그네슘 등 주요 미네랄의 함량과 밸런스를 임의로 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 미네랄 워터의 제조방법에 있어서, 상기 해양 심층수로부터 얻어지는 투과수는, 2단계 이상의 역삼투막 공정에 의하여 얻어지는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 따른 미네랄 워터는, 해양 심층수를 제1 역삼투막에 통과시켜, 제1 농축수와 제1 투과수를 얻고, 제2 역삼투막에 상기 제1 투과수를 통과시켜, 제2 농축수와 제2 투과수를 얻은 다음, 상기 제1 농축수로부터 미네랄 성분을 분리하여, 상기 제2 투과수에 첨가함으로써 제조될 수 있으며, 여기서, 상기 제2 농축수는 상기 해양 심층수로 재순환되어 첨가되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로서, 단순히 해양 심층수를 제1 역삼투막에 통과시킨 경우에 비해, 제2 투과수의 생산량을 증가시킬 수 있을 뿐 만 아니라, 제1 농축수의 미네랄 함량도 현저히 증가하여, 미네랄 분리공정의 효율성도 향상된다. 또한, 상기 재순환되는 제2 농축수는 원수(채취한 해양 심층수) 보다 염분도가 낮으므로, 상기 제2 농축수를 재순환하여 사용함으로써 공정의 효율성과 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 미네랄 워터의 제조방법에 있어서, 상기 해양 심층수 는 부유물질을 제거하기 위한, 여과 등의 전처리 공정을 거친 후 사용될 수 있다. 상기 전처리 공정은 역삼투 여과(Reverse osmosis filtration)시, 막 막힘(Fouling) 현상을 야기시킬 수 있는 불순물을 제거하기 위한 것으로서, 통상적인 정밀여과(Micro-filter) 또는 한외여과(Ultra-filter)를 실시할 수 있다. 상기 역삼투막으로는 통상적으로 사용되는 역삼투막을 사용할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

도 1에 도시된 바와 같이, 해양 심층수(A)를 0.2 내지 1.0㎛의 기공을 갖는 마이크로 필터(재질: Polytetrafluoroethylene(PTFE), 주식회사 새한 제품)로 정밀여과(Micro-filter)하여 전처리(10)한 후(B), 제1 역삼투 시스템(Dow Chemical Company 제품, FILMTEC, SW30-4021, 수율: 0.5)으로 이송시켜, 제1 농축수(H) 및 제1 투과수(D)로 분리하였다. 제1 투과수(D)는 제2 역삼투 시스템(㈜새한 제품, RE-2521-TE, 수율: 0.85)으로 이송시켜, 제2 농축수(F) 및 제2 투과수(E)로 분리하였다. 분리된 제2 농축수(F)를, 상기 해양 심층수(A)로 재순환(feedback)시켜 혼합한 심층수(C)를 제1 역삼투 시스템(20)을 통과시키는 과정을 연속적으로 수행하였다. 상기 각 단계에서 얻어진 해수, 농축수 및 투과수의 유량 (단위: GPD) 및 미 네랄의 농도(단위: mg/l)를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

	A	B	C	D	E	F	H
유량(GPD)	1722.4	1722.4	1862	929.89	792.5	13975	932.26
Na (mg/l)	14000	14000	13517	202	3.04	1334	26831
Ca (mg/l)	410	410	396	5.94	0.089	39.1	785.8
Mg (mg/l)	1300	1255	1255	18.8	0.282	123.9	2491
K (mg/l)	430	430	415	6.23	0.0934	40.9	824.1
B (mg/l)	4.2	4.2	4.06	0.06	0.0009	0.40	8.05
S (mg/l)	820	820	791	11.9	0.178	78.2	1571

또한, 상기 제2 농축수(F)와 원수(A) 성분을 비교해보면, 다음 표 2와 같으며, 하기 표 2로부터, 제2 농축수(F)가 원수(A)에 비해 현격하게 그 염분 농도가 낮음을 알 수 있다.

	Na (mg/l)	Ca (mg/l)	Mg (mg/l)	K (mg/l)	B (mg/l)
원수	14000	410	1300	430	4.2
제2 농축수	1334	39.1	123.9	40.9	0.4

[비교예]

도 2에 도시된 바와 같이, 해양 심층수(A)를 0.2 내지 1.0㎛의 기공을 갖는 마이크로 필터(재질: Polytetrafluoroethylene(PTFE), 주식회사 새한 제품)로 정밀여과(Micro-filter)하여 전처리(10)한 후(C), 제1 역삼투 시스템(Dow Chemical Company 제품, FILMTEC, SW30-4021, 수율: 0.5)으로 이송시켜, 제1 농축수(G) 및 제1 투과수(D)로 분리하였다. 제1 투과수(D)는 제2 역삼투 시스템(㈜새한 제품, RE-2521-TE, 수율: 0.85)으로 이송시켜, 제2 농축수(F) 및 제2 투과수(E)로 분리하였다. 분리된 제2 농축수(F)를 상기 제1 농축수(G)에 혼합하여, 제3 농축수(H)를 얻었다. 상기 각 단계에서 얻어진 해수, 농축수 및 투과수의 유량 (단위: GPD) 및 미네랄의 농도(단위: mg/l)를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.

	A	C	D	E	F	G	H
유량(GPD)	1862.4	1862.4	932.5	792.5	139.7	929.89	1069.9
Na (mg/l)	14000	14000	210	3.15	1382	27790	24345
Ca (mg/l)	410	410	6.15	0.092	40.5	813	713
Mg (mg/l)	1300	1300	19.5	0.293	128	2580	2260
K (mg/l)	430	430	6.45	0.097	42.5	853	748
B (mg/l)	4.2	4.2	0.06	0.0009	0.41	8.34	7.30
S (mg/l)	820	820	12.3	0.185	80.9	1627	1426

상기 표 1 및 표 3으로부터, 제2 농축수를 재순환하여 사용한 경우(실시예 1)에는, 제2 농축수를 재순환하지 않고 제1 농축수와 합한 경우(비교예)와 비교하여, 제2 투과수의 수율이 높아지고, 제1 농축수의 미네랄 함량이 증가함을 알 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 하루에 제2 투과수 792.5 갤론(GALLON)을 생산하는 데 있어, 실시예 1에서는 약 1722.4 갤론(GALLON)의 원수를 투입하여야 하는 데 비해, 비교예에서는 약 1862.4 갤론(GALLON)의 원수를 투입하여야 하므로, 제2 농축수를 재순환하는 경우의 수율이 훨씬 높은 것으로 나타났으며, 미네랄 제조공정에 투입되는 최종 농축수(H)의 미네랄 함량을 비교하여 보면, 실시예 1의 미네랄 함량이 약 10% 가량 높음을 알 수 있다.

[실시예 2]

가. 해양 심층수의 전처리 및 탈이온화 공정

하기 표 4의 미네랄을 함유하는 해양 심층수를 0.2 내지 1.0㎛의 기공을 갖는 마이크로 필터(재질: Polytetrafluoroethylene(PTFE), 주식회사 새한 제품)로 정밀여과(Micro-filter)한 후, 제1 역삼투 시스템(Dow Chemical Company 제품, FILMTEC, SW30-4021, 수율: 0.5)으로 이송시켜, 제1 농축수 및 제1 투과수로 분리하였다. 제1 투과수는 제2 역삼투 시스템( ㈜새한 제품, RE-2521-TE, 수율: 0.85)으로 이송시켜, 제2 농축수 및 제2 투과수로 분리하였다. 분리된 제2 농축수를, 상기 해양 심층수로 재순환(feedback)시켜 혼합하면서, 제1 역삼투 시스템을 통과시키는 과정을 연속적으로 수행하였으며, 제1 농축수와 제2 투과수를 이용하여 미네랄 워터를 제조하였다. 상기 해양 심층수, 제1 투과수, 제2 투과수, 및 제1 농축수의 미네랄 조성을 하기 표 4에 나타내었다.

나. 미네랄의 추출

상기 제1 농축수 1L를 70℃에서 보메도 비중이 24°Be가 될 때까지 가열하여, 황산칼슘(CaSO₄) 1852mg을 석출시켰다. 상기 미네랄염을 석출한 후, 그 여액을 70℃에서 보메도 비중이 30°Be가 될 때까지 가열하여, 염화나트륨(NaCl) 결정 41374mg을 석출시켰다. 상기 염화나트륨(NaCl) 결정을 석출한 후, 그 여액을 70℃에서 보메도 비중이 32°Be가 될 때까지 가열하여, 황산마그네슘(MgSO₄) 2427mg, 을 석출시켰다. 그 후, 여액을 50℃에서 보메도 비중이 34°Be 될 때까지 가열하여, 염화칼륨·염화마그네슘·2수화물(KCl·MgCl₂·2H₂O) 결정 10700mg을 석출하였다. 다음으로, 석출된 상기 염화칼륨·염화마그네슘·2수화물(KCl·MgCl₂·2H₂O) 결정을 멸균된 증류수 0.5L로 세척하여 염화칼륨(KCl) 결정 372.3mg을 분리하였다. 상기 염화칼륨(KCl)을 분리한 후, 그 여액을 보메도 비중이 37°Be가 될 때까지 가열하여, 염화마그네슘·2수화물(MgCl₂·2H₂O) 결정 5432.1mg을 석출하였다. 보메도 비중은 보메도 비중계(대광계기, 중보우메 비중계)로 측정하였다.

다. 미네랄 워터의 제조

상기 "가" 단계에서 제조된 제2 투과수 26.42 GPD 에 상기 "나" 단계에서 분리한 황산칼슘(CaSO₄) 267.88 g/day, 황산마그네슘(MgSO₄) 1172 g/day, 염화칼륨(KCl) 150.43 g/day을 용해시키고 교반하여, 마그네슘(Mg)/칼슘(Ca)/칼륨(K)의 중량비가 3/1/1인 미네랄 워터를 제조하고, 제조된 미네랄 워터의 미네랄 함량을 하기 표 4에 나타내었다.

미네랄(mg/l)	전처리전 해수	1차 투과수	2차 투과수	1차 농축수	미네랄 워터
Na	14000	284.1	5.7	21700	6.4
Mg	1310	26.58	0.53	2031	70.5
Ca	410	8.32	0.17	636	23.5
K	430	8.7	0.17	666.5	23.2
B	4.2	0.4	0.04	6.46	0.26
유량 rate(GPD)	1754.1	871.8	742.32	882.33	744.97

상기 표 4로부터, 역삼투 여과를 2회 실시함에 따라 투과수에 함유된 미네랄의 함량은 감소되고, 농축수에 함유된 미네랄의 함량은 증가함을 알 수 있다. 또한 최종적으로 제조된 미네랄 워터의 미네랄 조성은, 인체에 존재하는 미네랄 조성비와 유사하게 마그네슘(Mg)/칼슘(Ca)/칼륨(K)의 비율이 3/1/1이 되도록, 또는 필요에 따라 제조자가 원하는 임의의 비율이 되도록 용이하게 조절 될 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 해양 심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법은, 해양 심층수로부터, 염화나트륨을 제거하면서도, 각종 미네랄 성분, 특히 칼륨(K) 성분을 효율적으로 분리하여 이용할 수 있으며, 각종 미네랄 성분의 회수율이 높고, 미네랄 밸런스가 유지된 미네랄 워터를 경제적으로 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 제1 역삼투막에 해양 심층수를 통과시켜, 제1 농축수와 제1 투과수를 얻는 단계;

   제2 역삼투막에 상기 제1 투과수를 통과시켜, 제2 농축수와 제2 투과수를 얻는 단계; 및

   상기 제1 농축수로부터 미네랄 성분을 분리하여, 상기 제2 투과수에 첨가하는 단계를 포함하는 미네랄 워터의 제조방법에 있어서,

   상기 제2 농축수는 상기 해양 심층수로 재순환되어 첨가되며, 상기 제1 농축수로부터 분리되어 상기 제2 투과수에 첨가되는 미네랄 성분은 황산칼슘, 황산마그네슘 및 염화칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법.

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