KR100958848B1

KR100958848B1 - 해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 사료첨가제를 제조하는 방법과 이를 이용하는 방법

Info

Publication number: KR100958848B1
Application number: KR1020080013725A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2010-05-24
Also published as: KR20080078551A

Abstract

본 발명은 사료첨가제를 제조하는 방법과 이를 이용하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 음료수와 소금을 제조하는 공정에서 배출되는 미네랄수와 간수(苦汁)를 이용하여 사료첨가제를 제조하는 방법과 이를 이용하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수 또는 해저 심층암반수를 취수하여 음료수를 제조하는 공정에서 배출되는 염수를 나노여과 하여 탈 미네랄 염수는 소금제조공정으로 보내고, 여과되지 않은 미네랄수는 증발농축하여 농축된 미네랄수와 소금제조공정에서 배출되는 간수에 2가·3가 철염과 미네랄성분과 착염(錯鹽)을 생성하는 유기산을 혼합하여 사료첨가제를 제조하는 것에 특징이 있다.

제조된 사료첨가제를 사료 또는 음용수에 첨가하여 가축에 급여하는 방법에 관한 것이다.

해양 심층수, 해저심층암반수, 사료첨가제, 미네랄수, 간수, 유기산, 2가-3가 철염

Description

해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 사료첨가제를 제조하는 방법과 이를 이용하는 방법{Manufacturing method of the feed additive from deep-ocean water and deep sea rock floor water and method to use the same}

제1도는 해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 사료첨가제를 제조하는 공정도

제2도는 증발·농축 후 사료첨가제를 제조하는 공정도

제3도는 35℃에서 해수의 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 농축조 2: 농축조레이크(Rake)

3: 증발탑 4: 증발탑팬(Fan)

5: 분무노즐(Spray nozzle) 6: 농축미네랄수저장조

7: 농축미네랄수반송펌프 8: 사료첨가제반응조

9: 사료첨가제반응조교반기 10: 자화기순환펌프

11: 자화기 12: 혼합기

13: 혼합기의 교반기 14: 이송컨베이어

21: 필터(Filter) M: 모터(Motor)

N: N극(North Pole) S: S극(South Pole)

pHIS: pH 지시 스위치(pH indicating switch)

BIS: 보메도 지시 스위치(Baume indicating switch)

본 발명은 사료첨가제를 제조하는 방법과 이를 이용하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 음료수를 제조하는 공정에서 배출되는 염수를 나노여과 하여 여과되지 않은 미네랄수는 증발농축하여 농축된 미네랄수와 소금제조공정에서 배출되는 간수(苦汁)에 2가·3가 철염과 미네랄성분과 착염(錯鹽)을 생성하는 유기산을 혼합하여 사료첨가제를 제조하는 방법과 이를 사료 또는 음용수에 첨가하여 이용하는 방법에 관한 것이다.

해양 심층수란 「태양 광이 닿지 않고, 또, 표층의 해수와 섞이지 않는 깊이에 있는 해수」를 말하며, 통상 해수면에서 수심 200미터보다 깊은 해저심층의 해수를 해양 심층수라고 부르고 있다.

해양 심층수 이용의 역사는 짧고, 지금까지는, 수산분야를 시작으로, 식품이나 의료, 건강산업 등 비 수산분야에 있어도, 다양한 연구를 하고 있으며, 또, 민간기업에서는 해양 심층수를 이용한 식품이나 건강 음료, 화장품 등의 상품화를 활발하게 진행되고 있다.

해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수와 표층해수는 표 1 의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석표"에서 보는 바와 같이 염분(NaCl)의 농도와 대부분의 미네랄 농도는 비슷하나, 영양염류(질산태질소, 인산, 규소), 생균 수, 수온은 상당한 차이가 있으며, 해양 심층수는 표층수에 비해서 다음과 같은 특성이 있다.

1. 저온 안전성(低溫安全性)

표층수의 수온은 계절에 의해서 큰 폭으로 변동하는데, 반면에 해양 심층수는 계절에 따라서 수온의 변화가 없으면서 저온으로 안정되어 있다.

2. 청정성(淸淨性)

심층수는 저온 안정성을 나타내는 특성으로 플랑크톤, 미생물, 특히 병원성 세균 등이 적으면서 심층수는 수온변화에 따라 표층해수와 수직혼합이 일어나지 않기 때문에 표층해수에 혼합되어 있는 환경오염물질이 혼합되지 않았기 때문에 매우 깨끗한 청정상태로 존재한다.

3. 부영양성(富榮養性)

해수면에서 수심 200m보다 깊어지면 태양광선의 대부분이 해수에 흡수되어 약한 블루 라이트(Blue light)가 되며, 1,000m를 넘으면 암흑의 세계가 되어 해저 심층에서는 햇빛이 닿지 않는 깊이에 있음으로 식물 플랑크톤에 의한 광합성은 행해지지 않고, 분해력이 우세하게 되어 무기영양염이 점차 축적되어 표층해수와 비교해서 생물의 생장에 필요한 질소, 인, 규산 등의 무기영양염이 많이 포함되어 있다.

4. 미네랄의 특성

해양 심층수에는 표층해수에 비해서 약 5∼10배의 무기영양염류가 포함되어 있으면서 동식물의 생육에 필요한 주요원소가 70종류를 넘는 다종다양한 미네랄성분이 포함되어 있으면서 동식물의 생육에 필요한 각종의 미네랄성분 등의 미량요소(Oligoelement)가 균형 있게 포함되어 있으면서 불순물이 적다.

표 1 울릉도 현포 앞바다의 해저 650m 심층수와 표층수의 수질 분석표

항 목		650m 심층수	표층수
수온(℃)		0.5	23
염분(NaCl: wt%)		3.41	3.45
용존산소(DO)(㎎/ℓ)		6.2	8.0
COD_Mn (㎎/ℓ)		0.2	1.3
영양염류	질산염(㎎/ℓ)	0.28	0.04
	인산염(㎎/ℓ)	0.06	0.012
	규산염(㎎/ℓ)	2.8	0.44
주요중금속류	크롬(Cr)(㎍/ℓ)	0.210	0.220
	니켈(Ni) (㎍/ℓ)	0.360	0.500
	구리(Cu) (㎍/ℓ)	0.260	0.301
	아연(Zn) (㎍/ℓ)	0.450	0.452
	비소(As) (㎍/ℓ)	0.402	0.440
	카드뮴(Cd) (㎍/ℓ)	0.050	0.008
	납(Pb) (㎍/ℓ)	0.110	0.087
주요미네랄류	칼슘(Ca) (㎎/ℓ)	398	403
	마그네슘(Mg) (㎎/ℓ)	1,320	1,280
	칼륨(K) (㎎/ℓ)	380	357
일반세균수(개/㎖)		0	520
대장균 수(개/㎖)		음성	음성

5. 숙성성(熟成性)

저온 고압 하에서 긴 세월동안 물 분자의 집단이 소집단화(小集團化)된 소집단수(小集團水: Microclustered water)로 수질이 안정되어 있다.

울릉도 현포 앞바다 해저 650m에 취수배관을 설치하고, 취수시험을 위해 해저 650m의 해양 심층수를 1500㎥/일로 펌핑(Pumping)하여 현포 내항으로 배수하였을 때 주변의 갈매기 떼가 모여들어, 주변을 예의주시한 결과 상당한 어류들이 이 해양 심층수를 섭취하기 위해서 본능적으로 모여들었으며, 갈매기들은 어류를 사냥 하기 위해서 모여드는 것으로 사료되며, 어류들은 해양 심층수에 함유되어 있는 영양 염류나 기타 활성물질을 섭취하기 위해서 본능적으로 모여드는 것으로 사료된다.

이와 같은 현상으로 보아 해양 심층수에는 어류나 동물의 생육에 필요한 물질이 다량 함유되어 있는 것으로 판단된다.

그리고 일본 도야마현(富山縣))무로도(室戶) 앞바다의 경우는 해저 심층수가 용승류(湧昇流)에 의해 표층으로 솟아오르는 곳에서 주변의 어류들이 모여드는 곳이 있는데, 이 역시 어류들이 해양 심층수에 함유된 영양염류라던가 기타 활성물질을 섭취하기 위해서 모여드는 것으로 판명되었다.

그리고 섬지역이나 해안지역의 해수면에서 수심 200m보다 깊은 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 해저암반수의 무기질함유량을 분석한 결과는 표 2의 내용과 같다.

표 2 부산 영도 해저 260m 해저암수의 무기질함유량 분석표

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

일반적으로 해양 심층수 또는 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, 사료첨가제 측면에서 특성을 검토하면 다음과 같다.

1. 매우 청정(淸淨)하면서 동식물의 생육에 필요한 다양한 미네랄성분과 미량요소(Oligoelement)를 함유하고 있다.

해양 심층수 또는 해저 심층의 암반수에는 동식물의 생육에 필요한 다양한 미네랄성분을 함유하고 있으며, 햇빛이 투과되지 않으면서 저온·고압상태로 병원성 미생물이 거의 존재하지 않으며, 생활폐수나 환경호르몬과 같은 오염물질이 없는 청정(淸淨)한 상태로 존재한다.

2. 대식세포(大食細胞: Macrophage)의 증식을 활성화하는 물질이 함유되어 있는 것으로 밝혀졌다.

해양 심층수 또는 해저 심층암반수에는 마그네슘이나 칼슘 등의 미네랄을 많이 함유하고 있을 뿐만 아니라, 아토피성 피부염 등에도 효과가 있다고 알려져 있으며, 아직까지 화학적으로 정확한 근거는 입증되고 있지는 않았지만 최근의 연구에 의하면, 해양 심층수 또는 해저 심층암반수에서만 얻을 수 있는 해양세균인 쥬드아르테로모나스·데니트리피칸스(Pseudoalteromonas denitrificans), 아르테로모나스 마크레오디(Alteromonas macleodii) 등이 체내의 염증을 억제하는 화학물질인 시크로프로지기오신 염산염(Cycloprodigiosin hydrochloride)과 같은 대사산물(代謝産物)을 배설하는 것으로 밝혀졌다.

3. 대부분의 미네랄성분이 수중에 용해된 상태(수용성 미네랄)로 존재하기 때문에 섭취하였을 때 쉽게 흡수할 수 있으며, 구연산(Citric acid), 사과산(malic acid), 주석산(Tartaric acid), 호박산(Succinic acid), 풀브산(Fulvic acid), 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethlenediaminetetraacetic acid: EDTA)와 같이 미네랄(금속)과 착염(錯鹽)을 생성하는 유기산과 쉽게 반응할 수 있다.

4. 해양 표층수에는 산화적인 분위기로 철분은 3가 이온(Fe³ ⁺)이 많이 존재하지만, 해양 심층수에서는 산화-환원반응에 의해서 2가-3가 철로 존재하기 때문에 섭취하였을 때 생리활성작용이 우수하며, 자화처리를 하였을 때 자화처리효율이 향상될 수 있다.

2가-3가 철염은 π-water생성설에서 동식물의 체내에서 생리적 활성물질로 널리 알려져 있다.

따라서 해양 심층수 또는 해저 심층암반수에 미네랄성분은 염분(NaCl)만 적절히 제거하면 양질의 사료첨가제를 만들 수 있다.

해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 사료첨가제를 제조하는 종래기술은 조사되지 않았다.

그리고 본 발명에서 해수의 비중을 나타내는 보메비중계(Baume's hydrometer)의 보메도(°Be)는 액체의 비중을 측정하기 위하여 보메도 비중계를 액체에 띄웠을 때의 눈금을 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% 식염수를 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 염분의 농도를 표시하는 척도로도 널리 응용되고 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 해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 음료수와 소금을 제조하는 공정에서 역삼투여과공정의 막의 막힘 현상을 방지하기 위해서 역삼투여과공정의 전단에 나노여과를 하여 역삼투여과공정에서 막의 막힘 현상의 원인 물질인 황산 이온을 제거한 미네랄수와 역삼투여과공정에서 여과되지 않고 농축된 농축 염수를 농축하여 소금을 제조하는 공정의 전단에 NaCl함량이 높은 소금을 만들기 위해서 농축 염수를 나노여과하여 2가 이상의 미네랄성분을 제거한 미네랄수를 해역으로 방류하여 버리는 것에서 가축의 성장속도 및 육질이 향상될 수 있는 사료첨가제를 제조하는 방법과 이를 이용하는 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수 또는 해저 심층암반수를 취수하여 음료수를 제조하는 공정에서 배출되는 미네랄수를 증발·농축하여 농축된 미네랄수를 생산하는 단계, 농축미네랄수와 소금제조공정에서 배출되는 간수에 2가·3가 철염과 유기산을 공급하여 사료첨가제를 제조하는 단계, 사료첨가제를 사료에 혼합하여 이용하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명에서는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수 또는 해저 심층암반수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리한 다음, 모래여과(Sand filter), 정밀여과(Micro filter), 한외여과(限外濾過: Ultrafiltration)를 단독 또는 2가지 이상을 조합하여 여과한 여과수를 1차 나노여과(Nanofiltration)공정에 공급하여 역삼투여과(Reverse Osmosis filtration)에서 스케일(Scale)을 야기할 수 있는 황산 이온을 제거한 여과수를 역삼투여과공정에 공급하여 여과된 탈 염수는 음료수제조공정으로 보내어 음료수를 제조하고, 여과되지 않은 염수(鹽水)를 2차 나노여과공정으로 보내어 여과된 탈 미네랄 염수는 소금제조공정으로 보내어 소금을 제조하고, 여과되지 않은 미네랄수, 1차 나노여과공정에서 여과되지 않은 미네랄수와 소금제조공정에서 배출되는 간수(Bittern)를 이용하여 사료첨가제를 제조하는 방법과 이를 이용하는 방법을, 이하 도면을 중심으로 본 발명의 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

1. 전처리여과단계

삭제

해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수 또는 해저 심층암반수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리를 한 다음, 모래여과, 정밀여과 또는 한외여과 중에서 단독 또는 2가지 이상을 조합하여 여과를 하여 부유물질이 제거된 여과수를 1차 미네랄수를 얻는 단계의 1차 나노여과공정에 공급한다.
2. 1차 미네랄수를 얻는 단계
상기 부유물질이 제거된 여과수를 1차 나노여과공정에 공급하여, 1차 나노여과공정에서 여과된 여과수는 역삼투여과공정에 공급하고, 여과되지 않고 배출되는 1차 미네랄수는, 미네랄수를 농축하는 단계로 보낸다.
3. 2차 미네랄수를 얻는 단계
상기 1차 나노여과공정에서 여과된 여과수를 역삼투여과공정에 공급하여 여과된 여과수는 음료수제조공정으로 보내고, 여과되지 않는 염수(鹽水)를 2차 나노여과공정에 공급하여 여과된 여과수는 소금제조공정으로 보내고, 여과되지 않고 배출되는 2차 미네랄수는, 미네랄수를 농축하는 단계로 보낸다.

가온 방법은 보일러(Boiler)에서 열을 공급받거나, 여름철에는 해양 표층수를 이용할 수도 있다.

모래여과(Sand filter), 정밀여과(Micro filter ), 한외여과(限外濾過; Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상을 조합한 여과를 하여 후단 나노여과(Nanofiltration)와 역삼투여과(Reverse osmosis filtration)에서 막의 막힘(Fouling) 현상이 야기될 수 있는 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거한다.

이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정하며, 모래여과의 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.

이때 취수된 해양 심층수 또는 해저심층 암반수의 탁도(濁度)가 2㎎/ℓ이하인 경우는 모래여과는 할 필요가 없다.

그리고 정밀여과(Micro-filter)와 한외여과(Ultra-filter)는 여과막의 종류에는 구애받지 않으며, 벤더(Vendor)의 사양에 따라서 여과속도와 압력손실을 고려하여 펌프(Pump)의 공급압력을 결정한다.

정밀여과 또는 한외여과에서 여과는 나노여과 및 역삼투여과공정에 공급하는 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리한다.

FI값은 대상 수중의 미세한 탁질농도를 나타내는 수치로 다음 ③식으로 표현된다.

FI = (1－T₀/T₁₅)×100/15 …………………………③

여기서 T₀는 0.45㎛의 정밀여과막을 이용해 시료수를 0.2 MPa로 가압 여과했을 때에 최초의 500㎖의 시료수의 여과에 필요로 한 시간이며, T₁₅는 T₀와 동일한 상태에서 15분간 여과한 후에 500㎖의 시료수의 여과에 필요로 한 시간이다.

1차 및 2차 나노여과와 역삼투여과막의 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.

그리고 1차 및 2차 나노여과막의 소재로서 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리피페라진아미드(Polypiperazineamide)계, 폴리에스텔아미드(Polyesteramide)계, 혹은 수용성의 비닐폴리머(Vinylpolymer)를 가교(架橋) 한 것 등을 사용할 수 있으며, 막 구조는 막의 한 면에 치밀층(緻密層)으로 되어 있으며, 치밀층으로부터 막 내부 혹은 한 면의 막을 향해서 서서히 큰 구멍 지름의 미세 구멍을 가지는 비대칭막(非對稱膜)이나, 이러한 비대칭 막의 치밀층 위에 다른 소재로 형성된 매우 얇은 분리기능층(分離機能層)을 가지는 복합막(複合膜) 등을 사용할 수 있으며, 피페라진 폴리아미드계 복합막이 바람직하지만 본 발명에서는 막의 재질과 구조에는 특별히 제한하지는 않는다.

1차 및 2차 나노여과막에서 이온의 투과순서는 양이온의 경우는 Ca²⁺≥Mg²⁺＞Li⁺＞Na⁺＞K⁺＞NH₄ ⁺ 이며, 음이온의 경우는 SO₄ ^2-≫HCO₃ ^-＞F^-＞Cl^-＞Br^-＞NO₃ ^-＞SiO₂ 이며, 황산 이온(SO₄ ^2-)의 경우는 Mg²⁺와 Ca²⁺보다도 투과하기 어렵다.

1차 나노여과공정에서는 1차 해양 심층수 또는 해저심층 암반수 중에 용해되어 있는 CaCO₃, CaSO₄, SrSO₄와 같이 용해도가 작아 역삼투여과공정에서 막(膜)에서 스케일(Scale)이 생성되어 막의 막힘(Fouling) 현상을 최대한 억제하기 위해서 황산 이온(SO₄ ^2-)을 제거한 여과수를 역삼투여과공정에 보내고, 여과되지 않고 황산 이온이 함유된 미네랄수는 증발·농축공정으로 보낸다.

1차 나노여과공정에서 공급압력은, 염분농도가 3.5wt%인 해양 심층수의 삼투압 25기압(atm)보다 낮은, 15∼20기압(atm)으로 1차 나노여과공정에 공급한다. 이때 나선형 나노여과막의 경우에 막투과수량(膜透過水量)은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 70∼80%가 된다.

1차 나노여과공정에서 여과된 탈 황산 이온 염수가 역삼투여과공정에 공급되면, 운전압력을 50∼60기압(atm)으로 여과막에 공급하며, 나선형여과막의 경우 막 투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 염분은 99.0∼99.85wt% 범위로 제거된다.

2차 나노여과막 모듈(Module)의 형태도 1차 나노여과막 모듈과 동일하게 관형(管形), 중공사형(中空絲形), 나선형(螺旋形), 평판형(平板形) 등 어떠한 형태를 사용하여도 상관이 없으며, 그리고 막의 재질도 특별히 제한하지는 않는다.

2차 나노여과(Nanofiltration)공정에서 공급압력도 15∼25기압(atm)으로 하며, 나선형 여과막의 경우 막투과수량(膜透過水量)은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하면, 이때 막 투과수량은 유입수량의 80∼90%가 된다.

2차 나노여과공정에서는, 역삼투여과공정에서 여과되지 않고 농축된 농축수를 여과하여 2가 이상의 미네랄성분이 제거된 탈미네랄염수는 소금제조공정으로 보내고, 여과되지 않고 2가 이상의 미네랄성분을 함유한 미네랄수는 증발·농축공정의 증발탑(3) 상부로 보내어 분무노즐(Spray nozzle: 5)을 통해서 분무한다. 2차 나노여과공정에서 여과의 목적은 역삼투여과공정에서 여과되지 않고 농축된 농축염수 중에 함유된 NaCl성분을 여과하여 분리하여 소금제조공정으로 보내고, 2가 이상의 미네랄성분의 농도가 높은 미네랄수 얻기 위함이다.

4. 미네랄수를 농축하는 단계

상기 1차 미네랄수와 2차 미네랄수를 혼합한 미네랄수가 증발·농축공정에 공급되면, 증발·농축공정의 증발탑(3) 상부의 분무노즐(5)을 통해서 분무하면서 증발탑(3) 상부에 설치된 증발탑팬(4)에 의해서 증발탑(3) 하부로부터 대기 중의 공기를 흡입하여 상부로 배출하면 미네랄수는 공기와 향류접촉(向流接觸)을 하면서 수분이 증발한 후 농축조(1)로 떨어진다.

증발탑(3)에서 수분이 증발되어 농축되면서 석출된 고형물인 CaCO₃, CaSO₄는 농축조(1) 하부로 침전되면, 농축조레이크(2)에 의해서 농축조(1) 하부 콘(Cone)으로 모이면 간헐적(間歇的)으로 사료첨가제반응조(8)로 배출하고, 농축조(1) 상부로 월류(Over flow)하는 농축미네랄수는 농축미네랄수저장조(6)로 보내어 농축미네랄수반송펌프(7)에 의해서 증발탑(3) 상부로 반송하면서 보매도 비중이 도 3과 표 3에서 보는 바와 같이 보메도 비중이 30∼32보메(°Be)가 되면 MgSO₄, MgCl₂, KCl … 등이 석출(析出)하기 때문에 농축미네랄수저장조(6)에 설치된 보메도 비중계 BIS(Baume indicating switch)에 의해 30∼32°Be에서 전자변(電子弁: Solenoid valve)을 작동하여 사료첨가제반응조(8)로 보낸다.

증발탑(3)의 형태와 구조는 일반 산업공장의 냉각수를 냉각하는 냉각탑의 구조와 동일하며, 농축조(1)는 하·폐수처리에 사용하는 농축조와 동일한 구조이고, 증발탑(3)의 재질은 내염성 재질을 사용한다.

농축조(1)와 농축미네랄수저장조(6)의 재질은 철근 콘크리트(Reinforced concrete)에 에폭시 코팅(Epoxy coating)을 한 조나 티타늄(Titanium)이나 스테인리스 강(Stainlees steel) 또는 스테인리스 강판에 FRP(Fiber glass reinforced plastic)수지나 에폭시 수지를 라이닝(lining) 또는 코팅(Coating)한 것을 사용한다.

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	0.003	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	-	0.003	0.1172	1.7488	0.6240	0.1535	27.1074	0.2224
간수중 잔존량	-				1.8548	3.1640	0.5885	0.3300	0.5335
합 계	-	0.003	0.1172	1.7488	2.4788	3.3175	27.6959	0.5524	0.5335

농축조(1)의 직경은 월류(越流: Over flow) 수의 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 하며, 농축조레이크(2)는 회전속도는 0.01∼0.05RPM으로 하고, 재질은 내염성이면서 내식성인 티타늄(Titanium)이나 SUS-316L을 사용하던가, 경제성을 감안하여 일반 스틸(Steel)에 고무 라이닝(Rubber Lining) 한 것이나 에폭시 코팅(Epoxy coating)한 것을 사용한다.

그리고 농축미네랄수저장조(6)는 체류시간이 30∼60분의 용량으로 하며, 농축미네랄수반송펌프의 반송수량은 유입수량(2차 나노여과공정에서 유입되는 미네랄수의 유량)의 2∼4배의 유량으로 한다.

증발·농축공정에서 자연증발(상온증발)이 아닌 가열공기를 공급하여 증발·농축하거나 스팀(Steam)을 공급하여 가열에 의한 증발·농축을 하면 미네랄수 중 열에 약한 성분이 열 분해가 될 수 있기 때문에 바람직한 방법이 아니다.

5. 사료첨가제를 제조하는 단계

상기의 증발·농축공정에서 농축미네랄수와 식염제조공정에서 배출되는 간수(苦汁)를 함께 사료첨가제제조공정의 사료첨가제반응조(8)에 공급하고, 2가·3가철염(二價·三價鐵鹽)을 최종제품에서 수분을 제외한 건량기준(乾量基準)으로 철 함량이 0.001∼0.1wt% 범위로 주입하고, 미네랄 착염(錯鹽)을 생성하는 유기산(有機酸)은 총중량에 50∼120wt% 범위로 공급하면서 30∼120분간 사료첨가제반응조교반기(9)로 교반하면서 미네랄 착염이 생성되도록 하여 사료첨가제를 제조한다.

2가·3가 철염(二價·三價鐵鹽)은 100가우스(Gauss)이상 착자(着磁)한 사삼산화철(四三酸化鐵: Fe₃O₄)이나 자속밀도(磁束密度)가 100가우스(Gauss)이상 자화(磁化)된 천연의 자철광(磁鐵鑛: Fe₃O₄)을 염산(HCl) 또는 황산(H₂SO₄) 수용액에 용해한 것을 사용한다.

Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O ……………………………④

Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ → FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 4H₂O …………………………⑤

미네랄 착염을 생성하는 유기산(有機酸)은 구연산(Citric acid), 사과산(malic acid), 주석산(Tartaric acid), 호박산(Succinic acid), 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethlenediaminetetraacetic acid: EDTA), 풀브산(Fulvic acid) 또는 부식산(Humic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상을 혼합한 유기산(有機酸)을 함수율이 5∼20wt% 되게 물에 용해한 수용액을 사용한다.

사료첨가제반응조교반기(9)는 교반시간(체류시간)을 30∼120분간, 회전속도를 180∼360RPM의 프로펠러 교반기(Propeller Agitator)로 교반을 하며, 재질은 내염성이면서 내식성 재질을 사용한다.

사료첨가제반응조(8)에서 자화기순환펌프(10)로 자화기(11)의 자계(磁界)를 통과하게 하여 사료첨가제반응조(8)로 반송하면서 자화처리 하여 사료첨가제를 제조한다.

그리고 사료첨가제반응조(8)에서 자화기순환펌프(10)에 의해 자화기(11)로 순환량은 유입수량(농축미네랄수와 식염제조공정에서 배출하는 간수량을 합한 량)의 2∼4배의 유량으로 한다.

자화기순환펌프(10) 토출(吐出) 측에 설치된 자화기(11)는 자속밀도가 12,000∼15,000가우스(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∼5Volt 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.

Ⅲ. 사료첨가제를 사료에 혼합하여 이용하는 단계

상기 사료첨가제에서 제조된 사료첨가제는 사료와 함께 혼합기(12)에 주입하여 40∼60분간 혼합기의 교반기(13)로 교반·혼합한 사료는 가축에 급여한다.

혼합기(12) 및 혼합기의 교반기(13)는 내식성 재질인 티타늄(Titanium)이나 SUS-316L을 사용하던가, 경제성을 감안하여 일반 스틸(Steel)에 고무 라이닝(Rubber lining)을 한 것이나 에폭시 코팅(Epoxy coating)을 한 것을 사용하며, 혼합기의 교반기(13)의 형태는 핏치드 패들(Pitched paddle) 형을 사용하여 교반속도는 5∼20RPM으로 한다.

혼합기(12)에서 사료첨가제의 첨가량은 급여하는 가축의 종류와 사료의 특성에 따라서 배합비율을 결정해야 한다.

상기 사료제조공정에서 제조된 사료첨가제를 산란계와 비육돈의 경우는 혼합기(12)에서 0.3∼1.0wt% 범위로 사료에 첨가하여 가축에 급여한다.

그리고 초식동물인 소, 염소, 사슴의 경우는 혼합기(12)에서 0.5∼2.0wt% 범위로 사료에 첨가하여 가축에 급여한다.

상기 사료첨가제제조공정에서 제조된 사료첨가제를 사료에 첨가하지 않고, 가축의 음용수에 혼합하여 가축에 급여하는 경우는 가축의 음료수의 전기전도율(電氣傳導率: Electric conductivity)을 조정하여 가축에 급여한다.

산란계와 비육돈은 전기전도율이 40∼250㎳/m 범위로 가축의 음용수에 첨가하여 가축에 급여한다.

그리고 초식동물인 소, 염소, 사슴의 경우, 사료제조공정에서 제조된 사료첨가제를 사료에 첨가하지 않고, 가축의 음용수에 첨가하는 경우는 전기전도율이 200∼500㎳/m 범위로 공급하여 급여한다.

양어용 펠렛트(Pellet) 사료는, 상기의 사료제조공정에서 제조된 사료첨가제를 혼합기(12)에서 사료 100중량부에 0.3∼1.0중량부와, 수용성 녹말, 키토산(Chitosan) 분말, 알긴산소다(Sodium alginate) 또는 셀룰로오스(Cellulose)분말 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 8∼12중량부를 가하여 혼합하고, 물을 가하여 함수율이 40∼45wt% 범위로 균일하게 교반한 다음 환상의 펠렛트(Pellet) 형태로 성형가공하여 2∼3일간 자연건조한 다음에, 가열로에서 90∼200℃에서 함수율이 5∼12wt%로 건조한 펠렛트(Pellet) 형태로 가공한 사료를 제조하여 이용한다.

[실시 예1]

표 1의 내용과 같은 보메도 비중이 3.2°Be인 해양 심층수를 25℃로 가온 처리한 것을 처리용량이 10㎥/hr를 나선형 1차 나노여과기에서 15∼20기압으로 여과한 여과수는 나선형인 역삼투여과기에서 50∼55기압으로 운전하여 여과된 여과수는 음료수제조공정으로 보내고, 여과되지 않은 보메도 비중이 7°Be인 염수를 생산하고, 이를 10㎥/hr처리용량인 나선형 2차 나노여과기에서 20∼23기압으로 운전하여 여과된 여과수는 소금제조공정으로 보내면서 음료수와 소금을 제조하는 공정에서, 상기 1차 나노여과기에서 여과되지 않고 농축된 농축수인 미네랄수와 2차 나노여과기에서 여과되지 않고 농축된 농축수인 미네랄수를 혼합한 보메도 비중이 12°Be인 미네랄수를 대기 중에 분무 건조하여 보메도 비중이 31 °Be인 농축미네랄수 700㎏를 만들었다. 상기 농축미네랄수 700㎏에 식염제조공정에서 배출되는 보메도 비중이 31°Be인 간수 300㎏을 혼합하여 표 4와 같은 성분의 사료첨가제인 농축미네랄수를 생산하였다.

표 4 사료첨가제 원료인 농축미네랄수의 성분분석표

성분	MgCl₂	MgSO₄	KCl	NaCl	침전물(※1)	기타	H₂O	계
조성(wt%)	15.64	6.90	2.76	3.68	4.94	0.50	65.58	100.00

※1주: 침전물의 주성분은 CaSO₄이었으며, 소량의 CaCO₃가 함유되어 있었음.

전술한 농축미네랄수 700㎏에 식염제조공정에서 배출되는 보메도 비중이 31°Be인 간수 300㎏을 혼합한 것에 2가·3가 철염을 건량기준으로 40g과 구연산 350㎏을 주입하고, 프로펠러 교반기로 360RPM의 회전속도로 1시간 동안 교반하면서 2㎥/hr의 유량으로 펌프 토출 측에 자속밀도가 12,500가우스(Gauss)로 자화된 네오디뮴(Neodymium) 자석을 설치한 자화기로 1시간 동안 순환하면서 자화처리 하여 사료첨가제를 제조하였다.

그리고 자화처리효율을 파악하기 위해서, 핵자기공명(核磁氣共鳴: Nuclear magnetic resonance)의 ¹⁷O-NMR의 반치 폭을 측정한 결과 자화 전의 ¹⁷O-NMR의 반치 폭의 값은 76.2㎐ 이였으며, 자화처리 후 ¹⁷O-NMR의 반치 폭의 값은 52.6㎐으로 자화처리되었다.

[실시 예2]

경북 의성 H양돈농가에서 평균 25㎏인 비육돈을 각각 30 두 씩 분리하여 동일 돈사의 3개 돈 방에 입식시키고, 시험구 1에는 실시 예1에서 제조된 사료첨가제를 건량기준으로 무 염분 배합사료에 0.5wt%을 혼합한 것을 급여하면서 전기전도율이 82㎳/m인 지하수를 가축의 음용수로 급여하여 사육하고, 시험구 2에서는 전기전도율이 82㎳/m인 지하수에 실시 예1에서 제조된 사료첨가제를 주입하여 전기전도율이 220 ㎳/m으로 조정한 가축의 음용수를 급여하여 사육하고, 대조구 30 두는 일반배합사료와 전기전도율이 82㎳/m인지하수를 가축의 음용수로 급여하여 각각 평균 체중 110㎏까지 사육한 결과는 표5의 내용과 같다.

사육조건은 동일 돈사에서 동일한 환경조건(온도, 습도 등)으로 실시하였으며, 시험구 1과 대조구에 급여한 가축의 음용수는 전기전도율이 82㎳/m인 동일한 지하수를 급여하였으며, 시험구 2와 대조구에 급여한 사료는 P사에서 제조된 동일한 육성돈 사료와 비육돈사료를 급여하여 사육하였다.

시험구 1 및 시험구 2와 대조구에 1일 두당 평균사료급여량은 2.3㎏/일·두 으로 동일한 량의 사료를 급여하여 사육하였다.

그리고 시험구 2에서는 사육시험 중 폐사되어 29 두만 평균체중 110㎏까지 시험 사육하였으며, 대조구 역시 2 두가 시험사육 중 사고돈(事故豚)으로 처리되어 평균체중 110㎏까지는 28 두 만 시험사육 하였다.

표5 비육돈에 사료첨가제를 사료에 첨가한 경우 및 가축의 음용수에 첨가하여 사육한 경우와 일반사료를 급여하여 사육한 대조구와 사육결과의 비교표

항목		시험구 1(사료첨가제를 무 염분 배합사료에 첨가하여 사육한 경우)	시험구 2(일반 배합사료와 첨가제를 가축의 음용수에 첨가하여 사육한 경우)	대조구(일반 배합사료와 지하수를 급여하여 사육한 경우)	비고
입식시 평균체중(㎏)		25	25	25
출하시 평균체중(㎏)		110	110	110
1일 두당 평균사료급여량(㎏/일 두)		2.3	2.3	2.3
25㎏에서 110㎏까지 사육일수(일)		88	90	109
1일 두당 평균 증체량(㎏/일)		0.966	0.944	0.780
도체등급	A등급(두)	12	11	2	※주: 시험구2에서는 1두가, 시험구 2에서는 2두가 사고돈으로 처리되었음.
	B등급(두)	14	12	13
	C등급(두)	6	6	11
	D등급(두)	-	-	2
	E등급(두)	-	-	-

해양 심층수를 음료수 및 식염을 제조하는 공정에서 부산물로 배출되는 간수로 가공한 사료첨가제를 비육돈에 시험 사육한 결과 표5에서 보는 바와 같이, 해양 심층수의 염으로부터 제조된 사료첨가제를 비육돈에 사료에 첨가하여 사육한 결과, 사육일수가 21일 단축되었으며, 가축의 음용수에 첨가하여 사육한 경우는 19일 단축되는 성장속도의 향상되는 결과를 가져왔다.

또한, 육질도 도축등급결과에서 보는 바와 같이 향상되는 것으로 밝혀졌다.

이상에서 전술한 바와 같이 본 발명에서 제조된 사료첨가제를 가축에 급여하였을 때 성장속도 및 육질이 향상되는 효과가 있기 때문에 사료첨가제로 널리 이용될 수 있는 효과가 있을 것으로 기대된다.

Claims

해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 사료첨가제를 제조하는 방법에 있어서, 상기 해양 심층수 또는 해저 심층암반수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리를 한 다음, 모래여과, 정밀여과 또는 한외여과 중에서 단독 또는 2가지 이상을 조합한 여과를 하여 부유물질이 제거된 여과수를 얻는 전처리여과단계와,

상기 부유물질이 제거된 여과수를 1차 나노여과공정에 공급하여, 1차 나노여과공정에서 여과된 여과수는 역삼투여과공정에 공급하고, 여과되지 않고 배출되는 1차 미네랄수를 얻는 단계와,

상기 1차 나노여과공정에서 여과된 여과수를 역삼투여과공정에 공급하여 여과된 여과수는 음료수제조공정으로 보내고, 여과되지 않는 염수(鹽水)를 2차 나노여과공정에 공급하여 여과된 여과수는 소금제조공정으로 보내고, 여과되지 않고 배출되는 2차 미네랄수를 얻는 단계와,

상기 1차 미네랄수와 2차 미네랄수를 혼합한 것을 증발·농축공정의 증발탑(3) 상부의 분무노즐(5)을 통해서 분무하면서 증발탑(3) 상부에 설치된 증발탑 팬(4)에 의해서 증발탑(3) 하부로부터 대기 중의 공기를 흡입하여 상부로 배출하면서 수분이 증발하여 보메도 비중이 30∼32보메(°Be) 범위로 농축된 미네랄수를 농축하는 단계와,

상기의 농축된 미네랄수와 간수(苦汁)를 함께 사료첨가제반응조(8)에 공급하고, 2가·3가 철염(二價·三價鐵鹽)을 최종제품에서 수분을 제외한 건량기준(乾量基準)으로 철 함량이 0.001∼0.1wt% 범위로 주입하고, 미네랄착염을 생성하는 유기산(有機酸)은 총중량에 50∼120wt% 범위로 공급하여 30∼120분간 사료첨가제반응조의 교반기(9)로 교반하면서 미네랄 착염이 생성되도록 하여 사료첨가제를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 해양 심층수 또는 해저 심층암반수로부터 사료첨가제를 제조하는 방법.
제1항에서 제조된 사료첨가제를 사료와 함께 혼합기(12)에 주입하여 40∼60분간 혼합기의 교반기(13)로 교반·혼합한 사료를 가축에 급여하는 방법.
제1항에서 제조된 사료첨가제를 사료 100중량부에 0.3∼1.0 중량부와 수용성 녹말, 키토산(Chitosan) 분말, 알긴산소다(Sodium alginate) 또는 셀룰로오스(Cellulose) 분말 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 8∼12중량부를 가하여 혼합하고, 물을 함수율이 40∼45wt% 범위로 가하여 균일하게 교반한 다음 환상의 펠렛트(Pellet) 형태로 성형가공하여 2∼3일간 자연건조한 다음에, 가열로에서 90∼200℃에서 함수율이 5∼12wt%로 건조한 펠렛트(Pellet) 형태로 가공한 사료를 제조하는 방법.
제1항에서 제조된 사료첨가제를 가축의 음용수에 혼합하여 가축에 급여하는 방법.