KR101896227B1 - 해양 심층수 또는 염지하수로부터 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양 심층수 또는 염지하수로부터 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 고경도의 미네랄 워터에 관한 것이다. 본 발명은 미네랄 농축액 내의 염소 이온, 황산 이온 및 불순물을 효과적으로 제공하는 방법을 제공하여, 청량감이 우수한 고경도 미네랄 워터를 제조할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 칼슘염 결정으로부터 소금성분과 탄산칼슘을 효과적으로 제거하는 정제법을 제공하여, 청량감이 우수한 고경도 미네랄 워터를 제조할 수 있도록 한다.

Description

해양 심층수 또는 염지하수로부터 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 방법{Method for preparing mineral water with high hardness using deep sea water or saline groundwater}

본 발명은 해양 심층수 또는 염지하수로부터 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 고경도의 미네랄 워터에 관한 것이다.

해양 심층수는 햇빛이 도달하지 않는 수심 200 m 이하에서 채수한 해수를 의미하며, 표층수와 20℃ 이상의 온도 차이가 나기 때문에 물과 기름처럼 서로 섞이지 않는다. 심해에 흐르는 해양 심층수는 연중 수온 변화가 거의 없어 저온 안정성을 가질 뿐만 아니라, 햇빛이 닿지 않으므로 광합성이 일어나지 않아 무기 영양염을 많이 포함하고 있으며, 특히 마그네슘이나 칼슘 등의 필수 미량 원소와 다양한 미네랄이 균형 있게 포함되어 있다. 또한, 해양 심층수는 인공 물질로 오염되지 않아 분해해야 할 유기 물질이나 병원균이 적기 때문에 세균 번식이 적을 뿐만 아니라, 고항균성 및 탈취성 등을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다.

현재 여러 나라에서 해양 심층수에서 염화나트륨을 제거한 다음 음료나 식품 및 화장품 등에 이용하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다.

미네랄은 인간에게 필요한 5대 영양소 중의 하나로서, 해양 심층수에는 Mg, Ca, K 등의 인체에 유용한 미네랄 성분을 다량 포함하고 있다. 따라서, 해양 심층수로부터 미네랄을 고농도로 함유하는 미네랄 워터(고경도의 미네랄 워터)를 제조하여 이를 미네랄 공급원으로서 이용할 수 있다.

이러한 미네랄 워터를 제조하는 방법으로 해양 심층수를 역삼투 장치 등을 이용하여 담수화하는 방법이 있다. 그러나, 해양 심층수의 담수화 과정 중에 염분이 제거되는 것뿐만 아니라, 유용한 미네랄 성분도 함께 제거되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 해양 심층수를 역삼투 장치에 통과시켜 얻은 탈염수에 해양 심층수로부터 얻은 미네랄 농축액을 혼합하는 방법이 있다. 구체적으로, 해양 심층수를 역삼투막에 통과시켜 얻은 농축수를 증발 농축하여 칼슘염을 분리한 후, 추가적인 증발 농축을 하여 소금과 간수를 분리하여 칼슘염 및 간수로 구성된 미네랄 용액을 제조한다. 이후, 해양 심층수를 역삼투막에 통과시켜 얻은 투과수에 상기 칼슘염과 간수로 구성된 미네랄 용액을 혼합하여 미네랄 워터를 제조한다. 고경도의 미네랄 워터를 제조하기 위해서는 투과수에 상기 미네랄 용액을 다량으로 혼합하여야 한다. 그러나, 미네랄 용액은 칼슘, 마그네슘 등의 유용한 미네랄뿐만 아니라, 취식감을 저하시키는 음이온(Cl^- 및 SO₄ ^2-)도 다량 포함하고 있어, 다량의 미네랄 용액을 투과수와 혼합하면 상기 음이온으로 인하여 음용수의 취식감이 현저히 떨어지는 문제가 있다. 또한, 이렇게 제조된 미네랄 워터는 황산 이온 및 염소 이온의 함량이 음용수 규제를 충족시키지 못하는 문제점도 있다.

이러한 문제점은 미네랄 함량이 높은 고경도의 미네랄 워터의 제조를 제한하는 주요 요인이다.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.

본 발명자들은 해양 심층수를 이용한 고경도의 미네랄 워터를 제조하는데 있어 제한요소인, 미네랄 농축액에 함유되어 있는 음이온을 효율적으로 제거할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 연구 노력하였다. 또한, 농축수로부터 분리된 칼슘염 결정이 머금고 있는 소금성분과 탄산칼슘을 한 번의 공정으로 효율적으로 제거하여 순수한 칼슘으로 정제할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 연구 노력하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 칼슘염 정제 공정 및 미네랄 농축액 품질 향상 공정을 통하여 소금성분, 탄산칼슘 및 음이온을 효과적으로 제거함으로써, 미네랄 성분을 고농도로 함유하면서 취식감이 증진된 고경도의 미네랄 워터를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 해양 심층수 또는 염지하수로부터 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의하여 제조된 고경도 미네랄 워터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 해양 심층수 또는 염지하수로부터 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 방법을 제공한다:

(a) 해양 심층수 또는 염지하수를 탈염처리 하여 농축수 및 탈염수로 분리하는 단계;

(b) 상기 농축수로부터 칼슘염 결정 및 소금을 분리하여 칼슘염 및 소금이 제거된 미네랄 농축액을 얻는 단계;

(c) 상기 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 필터링하는 단계;

(d) 단계 (c)에서 필터링 된 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 재필터링하는 단계;

(e) 단계 (d)에서 필터링 된 미네랄 농축액을 다수의 공극을 갖는 중공사막 필터로 필터링하는 단계; 및

(f) 단계 (e)에서 필터링 된 미네랄 농축액 및 칼슘염을 탈염수와 혼합하여 경도 400-3000 mg/L as CaCO3의 미네랄 워터를 제조하는 단계;

단계 (f)의 칼슘염은 단계 (b)에서 분리된 칼슘염 결정으로부터 칼슘염 결정에 붙어있는 소금과 탄산칼슘을 제거하여 얻는다.

본 발명자들은 해양 심층수를 이용한 고경도의 미네랄 워터를 제조하는데 있어 제한요소인, 미네랄 농축액에 함유되어 있는 음이온을 효율적으로 제거할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 연구 노력하였다. 또한, 농축수로부터 분리된 칼슘염 결정이 머금고 있는 소금성분과 탄산칼슘을 한 번의 공정으로 효율적으로 제거하여 순수한 칼슘으로 정제할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 연구 노력하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 칼슘염 정제 공정 및 미네랄 농축액 품질 향상 공정을 통하여 소금성분, 탄산칼슘 및 음이온을 효과적으로 제거함으로써, 미네랄 성분을 고농도로 함유하면서 취식감이 증진된 고경도의 미네랄 워터를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

종래에 해양 심층수를 이용하여 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 경우 두 가지의 문제점이 발생하였다. 첫 번째 문제점은 음용수의 미네랄 함량을 높이기 위하여 탈염수에 미네랄 농축액을 다량으로 첨가하는 경우, 마그네슘, 칼륨 등의 양이온뿐만 아니라, 취식감을 저하시키는 황산 이온과 염소 이온 역시 다량으로 함유되는 것이다. 두 번째 문제점은 칼슘의 보급을 위하여 탈염수에 농축수로부터 분리한 칼슘염을 첨가하는 경우 칼슘염이 머금고 있는 소금성분 및 탄산칼슘이 첨가되어 음용수의 취식감을 저하시키며, 칼슘염의 용해도가 낮아 실질적인 칼슘 보급 효율이 떨이진다는 것이다. 본 발명은 상기 두 가지 문제점을 효과적으로 보완 및 극복할 수 있으며, 이에 따라 높은 경도의 미네랄 워터를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 각 단계를 상세히 설명한다.

해양 심층수 또는 염지하수를 농축수 및 탈염수로 분리하는 단계

본 발명의 단계 (a)에서는 해양 심층수 또는 염지하수를 탈염처리 하여 농축수 및 탈염수로 분리한다.

본 명세서에서 용어, "해양 심층수"는 태양광이 거의 미치지 못하는 깊이가 200m 이상인 바다의 물을 의미하며, 해양 심층수에는 나트륨 이온(Na⁺), 칼륨 이온(K⁺), 칼슘 이온(Ca²⁺), 마그네슘 이온(Mg²⁺), 붕소 이온(B³⁺), 염소 이온(Cl^-), 탄산 이온(CO₃ ^2-), 황산 이온(SO₄ ^2-) 등의 이온 성분을 함유하고 있다.

본 명세서에서 용어, "염지하수"는 염분 등의 용존고형물을 일정량 이상 함유하는 암반대수층 안의 지하수로서 수질의 안정성을 계속 유지할 수 있는 자연 상태의 물을 먹는 용도로 사용할 원수를 의미한다.

본 발명에서는 염지하수라면 제한 없이 사용가능하나, 물속에 녹아있는 염분 등의 총 용존고형물의 함량이 2000 mg/ℓ이상인 암반대수층 안의 지하수를 사용함이 바람직하다.

본 발명에서 탈염처리는 당업계에 알려진 임의의 기술을 적용하여 수행될 수 있다. 탈염처리를 위한 기술로는 증발법, 해수동결법, 역삼투압법, 이온교환수지법 및 전기투석법 등을 들 수 있다. 증발법은 원수(해양 심층수 또는 염지하수)를 증발시켜 용매인 물은 증발시키고, 용질은 잔류시키는 원리를 이용하는 것이며; 역삼투막법은 물에 용해되어 있는 이온성 물질은 배제하고 순수한 물만 통과시키는 반투막을 이용하여, 원수 중의 이온성 물질을 여과하는 방법이며; 전기투석법은 음이온막과 양이온막을 교대로 배치한 후, 음이온막과 양이온막의 양단에 위치한 전극에 직류 전압을 걸어 양이온 및 음이온을 제거하여 순수한 담수를 얻는 방법이다.

바람직하게는, 상기 탈염처리는 역삼투막에 원수를 통과시켜 이온성분을 포함하는 농축수와 이온성분이 제거된 탈염수로 분리한다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 원수는 부유물질 제거를 위하여 여과 등의 전처리 공정을 거친 후 사용할 수 있다. 상기 전처리 공정은 역삼투 여과 시, 막 막힘 현상을 야기시킬 수 있는 불순물을 제거하기 위한 것으로 통상적인 정밀여과 또는 한외여과를 실시할 수 있다.

본 발명에서, 상기 원수로부터 얻어지는 탈염수는 2단계 이상의 탈염처리에 의하여 얻어질 수 있다. 예를 들면, 원수를 제1역삼투막에 통과시켜 제1농축수와 제1탈염수를 얻고, 제2역삼투막에 상기 제1탈염수를 통과시켜 제2농축수와 제2탈염수를 얻을 수 있다. 이후, 상기 제1 또는/및 제2농축수로부터 분리한 칼슘염과 미네랄 농축액을 제2탈염수에 첨가하여 고경도의 미네랄 워터를 제조할 수 있다.

칼슘염 및 소금의 분리 단계

상기 농축수에는 탄산칼슘, 황산칼슘 및 염화칼슘 등의 칼슘염, 염화나트륨, 및 미네랄이 다량 함유되어 있으며, 본 발명의 단계 (b)에서는 원수로부터 분리된 농축수로부터 상기 칼슘염 및 소금을 단계적으로 분리한다.

본 발명에서, 상기 칼슘염 및 소금의 분리는 농축수에서 칼슘염 결정 및 소금이 석출될 수 있도록, 적절한 비중 값(동일한 온도와 압력하에서 물의 밀도에 대한 농축수의 밀도 비)을 가지도록 농축수를 가열 및 농축하여 석출되는 칼슘염 결정 및 소금을 분리하여 수행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 칼슘염의 분리는 비중(동일한 온도와 압력하에서 물의 밀도에 대한 농축수의 밀도 비)이 1.11 이상이 되도록 농축수를 가열 및 농축하여 석출되는 칼슘염 결정을 분리할 수 있다. 이에 의하여 제한되는 것은 아니나, 칼슘염의 분리를 위한 농축수의 바람직한 비중은 1.11-1.23이다. 칼슘염의 분리는 메쉬 망을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 300 메쉬 망을 이용하여 분리할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에 따르면, 비중이 1.18이 되도록 농축수를 가열 및 농축하여 1차적으로 석출된 칼슘염 결정을 분리하고, 여액을 비중 1.19-1.23이 되도록 가열 및 농축하여 잔류하는 칼슘염을 제거하여 실시할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 구현예에 따르면, 비중이 1.23이 될 때까지 가열한 후, 정체를 시켜 하단부에 가라앉은 칼슘염을 추출할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 소금의 분리는 비중이 1.24 이상이 되도록 농축수를 가열 및 농축하여 석출되는 소금을 분리하여 실시할 수 있다. 이에 의하여 제한되는 것은 아니나, 소금의 분리를 위한 농축수의 바람직한 비중은 1.24-1.32이다. 가열된 농축수에는 미네랄 농축액(액체)과 소금(고체)이 함께 존재하기 때문에 원심분리시 또는 탈수기 등을 사용하여 소금을 분리할 수 있다. 분리된 소금은 추가적인 정제과정을 거쳐 미네랄 소금으로 가공될 수 있다.

본 발명에서, 상기 농축수의 가열은 교반과 동시에 서서히 수행될 수 있다.

본 발명에서, 칼슘염 및 소금이 제거된 농축수는 미네랄 성분의 농축을 위하여 추가적인 가열 및 농축이 이루어질 수 있다.

미네랄 농축액의 품질 향상 단계

본 발명의 단계 (c)-(e)에서는 칼륨염 및 소금성분의 제거가 이루어진 미네랄 농축액으로부터 음이온 및 불순물을 제거한다. 불순물의 제거는 음용수 제조에 있어 반드시 필요한 과정이며, 음이온의 제거는 미네랄 워터의 청량감을 향상시키기 위하여 요구되는 과정이다.

본 공정의 특징은 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 필터링한 다음, 필터링 된 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 재필터링하는 것이다. 필터링과 재필터링 시에 사용하는 필터는 동일한 필터를 재사용할 수 있고, 별도의 필터를 사용할 수도 있다. 또한, 재필터링 과정에서는 첫 번째 필터링 시 사용한 필터와 필터의 길이, 구성성분, 흡착제의 종류, 및/또는 흡착제의 미세공극의 크기 등에서 차이가 나는 필터를 사용할 수 있다.

종래에는, 미네랄 농축액 내의 음이온을 제거하기 위한 방법으로 음이온 교환수지를 이용하거나, 간수(칼슘염과 소금성분이 제거된 용액)를 전해조에 넣고 탄산가스를 주입하면서 간수를 전기분해하여 염소 이온이 염소 기체의 형태로 제거하는 방법을 이용하였다. 본 발명은 종래 방법과 달리, 물리 흡착제에 의한 제1필터링과 중공사막에 의한 제2필터링에 의하여 효과적으로 음이온 및 불순물을 제거한다.

본 발명에서는 미네랄 농축액의 물리 흡착제를 갖는 필터 통과 시, 흡착제의 다수의 미세공극에 농축액 내의 음이온(특히, 염소 이온 및 황산 이온)과 불순물(특히, 실트)이 흡착되어 제거되며, 물리 흡착제를 갖는 필터에 의한 재필터링에 의하여 음이온과 불순물의 제거효율이 극대화된다(1차 필터링). 이후, 1차필터링 된 미네랄 농축수가 중공사막 필터에 의하여 2차 필터링 됨으로써 음이온 및 불순물의 제거효율이 보다 향상된다(2차 필터링).

본 발명에서는 용액내의 불순물과 음이온을 흡착시킬 수 있는 물리 흡착제를 갖는 필터를 제한 없이 사용할 수 있다.

바람직하게는, 상기 물리 흡착제는 활성탄, 규조토, 제올라이트, 실리카겔, 녹말, 벤토나이드 또는 알루미나이며, 보다 바람직하게는 활성탄이다.

본 발명에서는 필터링 하고자 하는 미네랄 농축액의 양에 따라 적절한 활성탄 필터를 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 미네랄 농축액 100ℓ를 처리하는 경우 8-12 인치의 활성탄 필터를 사용함이 바람직하며, 200ℓ의 미네랄 농축액을 처리하는 경우에는 18-22인치의 활성탄 필터를 사용함이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 100ℓ의 미네랄 농축액 처리 시에는 10인치의 활성탄 필터를 사용하며, 200ℓ의 미네랄 농축액 처리 시에는 20인치의 활성탄 필터를 사용한다.

본 발명에서는 물리 흡착제를 갖는 필터에 의하여 1차 필터링 된 농축수를 중공사막으로 2차 필터링하여 미생물과 실트를 포함하는 불순물, 및 음이온을 보다 더 걸러 내고, 농축액 내의 미네랄 성분은 통과시킨다. 상기 중공사막 필터는 다수의 공극을 갖는 마이크로 필터라면 제한 없이 사용가능하며, 공극은 직경 0.01-0.5 μm, 바람직하게는 0.05-0.5 μm, 보다 바람직하게는 0.1-0.5 μm 이다.

바람직하게는, 상기 중공사막 필터는 제균 필터이다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 필터링에 의하여, 미네랄 농축액 내의 실트 및 음이온이 제거되며, 바람직하게는 실트, 염소 이온 및 황산 이온이 제거된다.

하기 실시예에서 증명한 바와 같이, 노란빛의 미네랄 농축액이 활성탄 필터, 활성탄 필터 및 제균 필터로 필터링 됨으로써 무색으로 변화하였으며, 이는 미네랄 농축액으로부터 실트 등의 불순물이 제거되었음을 의미한다. 또한, 상기 필터링에 의하여 염소 이온 및 황산 이온을 각각 6.52% 및 2.08%씩 감소시킬 수 있음을 확인하였다(표 2 참조).

본 발명에서는 불순물 및 음이온의 제거 효율 향상을 위하여, 물리 흡착제를 갖는 필터에 의한 미네랄 농축액의 필터링 → 필터링 된 농축액의 물리 흡착제를 갖는 필터에 의한 재필터링 → 재필터링 된 농축액의 재재필터링의 순환과정을 적절한 횟수로 반복하여 실시할 수 있다. 반복 횟수는 1회 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1-5회, 보다 더 바람직하게는 1-4회이다.

본 발명에서, 상기 미네랄 농축액은 공급수단에 의하여 적정 속력 또는 적정 유량으로 필터에 공급될 수 있다. 상기 공급수단은 펌프를 사용함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 일정한 속력(또는 유량)으로 미네랄 농축액을 필터에 이송할 수 있는 정량펌프를 사용한다.

칼슘염 결정의 정제 단계

농축수로부터 분리된 칼슘염 결정은 다량의 소금성분을 함유하는 농축수로부터 분리되었기 때문에 필연적으로 농축수를 머금게 되며, 이를 제거하지 않고 탈염수에 첨가하는 경우 농축수의 소금성분으로 인하여 미네랄 워터의 취식감이 저하된다. 또한, 탄산칼슘으로 인하여 미네랄 워터의 취식감이 떨어지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 칼슘염 결정에 붙어있는 소금(농축수)과 탄산칼슘의 제거를 위한 정제과정이 이루어진다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 칼슘염 결정으로부터 소금 및 탄산칼슘을 제거하는 방법은 (ⅰ) 단계 (b)에서 분리된 칼슘염 결정을 300-350 mesh 망이 장착된 열수를 포함하는 용기에 투입하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 망을 통과하지 않은 칼슘염 결정을 분리하는 단계를 포함한다. 상기 칼슘염 결정에 붙어있던 소금은 열수에 용해되며, 탄산칼슘은 메쉬 망을 통과하여 용기 바닥에 침전된다.

종래에는 농축수로부터 분리된 칼슘염을 투과수와 혼합한 다음 탄산가스를 주입하여 교반하고, 상등액을 취해 음이온 교환수지에 통과시킨 다음 CO₂ 주입하에 전기분해하여 탄산칼슘이 제거된 칼슘 포함 미네랄 용액을 제조하였다. 그러나, 상기 종래 방법은 과정이 복잡하고 시간이 오래 소요된다는 문제점이 있다. 이에 반해, 본 발명은 열수와 메쉬 망을 이용하여 소금성분과 탄산칼슘을 한 번의 공정으로 빠르고 효과적으로 제거할 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 (ⅰ)에서는 칼슘염 결정을 투입한 후 용기를 서서히 흔들어 준다.

바람직하게는, 상기 단계 (ⅰ)의 메쉬 망은 칼슘염 결정을 추출할 시 사용한 메쉬 망과 동일 규격 또는 그 이상의 규격의 망을 사용하며, 보다 바람직하게는 300 mesh 망(1인치에 구멍 300개)을 사용한다.

상기 용기내의 용액의 온도는 칼슘염이 결정으로 석출될 수 있는(칼슘염이 결정으로 존재할 수 있는) 온도로 설정한다. 상기 온도보다 낮은 경우, 칼슘염이 물에 용해되어 메쉬 망에 의한 탄산칼슘의 여과 효율이 떨어지기 때문이다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 온도는 60-100℃로 설정할 수 있으며, 바람직하게는 65-100℃, 보다 바람직하게는 70-100℃로 설정할 수 있다. 이는 칼슘염의 추출 시 온도가 70-100℃에서 추출되기 때문에 동일한 조건을 맞추어 주기 위함이다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (ⅱ)에서 분리한 칼슘염 결정은 자연건조, 드라이오븐 및 전자레인지 등을 이용하여 건조하여 보관할 수 있으며, 바람직하게는 드라이오븐 또는 전자레인지를 이용하여 건조한다. 이후, 칼슘의 보급을 위하여 보관된 칼슘염을 탈염수에 첨가할 수 있다.

하기 실시예에 의해 증명된 바와 같이, 무-정제 칼슘염 결정을 용해시킨 증류수보다 본 발명의 정제과정을 거친 칼슘염 결정을 용해시킨 증류수에 보다 더 많은 양의 칼슘이 검출되었다. 이러한 결과는 해양 심층수에서 분리한 칼슘염을 본 발명의 방법에 따라 정제하면, 용해가 잘 되는 순수한 칼슘을 얻을 수 있음을 나타낸다. 이에 따라, 미네랄 워터의 칼슘의 농도를 효율적으로 향상시킬 수 있다.

고경도의 미네랄 워터의 제조

본 발명의 단계 (f)에서는 1차 및 2차 필터링 된 미네랄 농축액과 정제된 칼슘염을 탈염수와 혼합하여 고경도의 미네랄 워터를 제조한다.

탈염수에 첨가되는 미네랄 농축액과 칼슘염의 양은 제조하고자 하는 미네랄 워터의 경도에 따라 달라진다. 즉, 본 발명에서는 정제된 칼슘염과 품질 향상 과정을 거친 미네랄 농축액을 적절한 양으로 탈염수에 첨가함으로써 미네랄 워터의 경도를 자유로이 조절할 수 있으며, 특히 500 이상의 고경도를 갖는 취식감이 우수한 미네랄 워터를 제조할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 미네랄 워터의 경도는 400-3000이며, 바람직하게는 500-2000, 보다 바람직하게는 600-1500이다. 예를 들면, 경도 600의 미네랄 워터는 일반용으로, 경도 1500의 미네랄 워터는 환자용으로 제조하는 등 제품의 목적에 맞게 자유로이 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 경도가 400-3000 mg/L as CaCO3인 고경도 미네랄 워터를 제공한다.

상기 고경도 미네랄 워터는 본 발명의 제조방법에 의하여 제조되는 것이기 때문에, 이 둘 사이의 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 회피하기 위하여 그 기재를 생략한다.

종래에는 미네랄 농축액에 포함된 염소 이온과 황산 이온으로 인하여 고경도 미네랄 워터의 취식감이 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명의 미네랄 워터는 상기 음이온이 현저히 제거된 미네랄 농축액을 함유하고 있어 청량감이 우수한 장점이 있다.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:

(ⅰ) 본 발명은 해양 심층수 또는 염지하수로부터 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 방법, 및 이에 의하여 제조된 고경도의 미네랄 워터를 제공한다.

(ⅱ) 본 발명은 미네랄 농축액 내의 염소 이온, 황산 이온 및 불순물을 효과적으로 제공하는 방법을 제공하여, 청량감이 우수한 고경도 미네랄 워터를 제조할 수 있도록 한다.

(ⅲ) 본 발명은 칼슘염 결정으로부터 소금성분과 탄산칼슘을 효과적으로 제거하는 정제법을 제공하여, 청량감이 우수한 고경도 미네랄 워터를 제조할 수 있도록 한다.

도 1은 칼슘염 정제를 위한 용기의 간략한 구조를 나타낸다.
도 2는 미네랄 농축액의 품질 향상 과정을 도식화한 도면이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

실시예

실시예 1. 해양 심층수 농축수로부터 칼슘염 결정 및 소금의 분리

해양 심층수를 역삼투 장치에 투과시켜 농축수와 탈염수로 분리하였다. 얻어진 농축수를 가열 및 농축하여 칼슘염을 추출하기 시작하였으며, 비중 1.11(비중계 사용)부터 칼슘염이 추출되었다. 추출 시에는 300 mesh 망을 이용하였다. 이후, 칼슘염이 제거된 농축수를 추가적으로 가열 및 농축하여 소금성분(NaCl)까지 제거된 이온성분(미네랄)이 농축된 노란빛을 띄는 미네랄 농축액을 수득하였다. 구체적으로, 상기에서 칼슘염을 제거한 농축수를 계속 가열하여 비중이 1.32가 되도록 하였다. 이때, 가열된 농축수에는 미네랄 농축액(액체)과 소금(고체)이 함께 존재하며, 이를 원심분리기 또는 탈수기를 이용하여 고체와 액체를 분리하였다.

실시예 2. 칼슘염 결정으로부터 소금성분 및 탄산칼슘의 제거

실시예 1에서 분리된 칼슘염 결정은 해양 심층수의 탈염 처리에 의하여 수득한 농축수로부터 분리되었기 때문에 다량의 소금성분을 머금고 있다. 이러한 소금성분은 취식감을 떨어뜨리기 때문에 고경도의 미네랄 워터 제조에 대한 제한요소로 작용한다. 따라서, 본 발명자들은 탄산염 결정으로부터 소금성분과 탄산칼슘을 제거하기 위하여 하기와 같이 실시하였다. 먼저, 농축수로부터 분리된 칼슘염 결정을 70℃의 열수(칼슘염 결정의 10배 부피)를 함유하는 300 mesh 망(주문제작)이 장착된 용기에 투입하였다. 칼슘염 결정이 열수와 잘 섞일 수 있도록 용기를 살살 흔들어 주었다. 이후, 300 mesh 망에 남아있는 칼슘염 결정을 수거한 후 물기를 제거한 다음 드라이오븐에 넣고 건조하여 장기보관 할 수 있는 상태로 제조하였다. 이와 같이 정제하는 경우, 칼슘염 결정에 붙어 있던 소금성분은 열수에 용해되며, 탄산칼슘은 망을 통과하여 바닥에 가라앉게 된다.

농축수로부터 분리한 칼슘염 결정과 상기 방법으로 정제한 칼슘염 결정의 차이점을 살피기 위하여, 증류수 1ℓ에 경도 500 기준으로 각각의 칼슘염을 용해시킨 후 증류수에 함유된 칼슘의 양을 측정하였다(정제 전, 후 칼슘염 결정을 각각 0.86g 용해시켰으며, 정제 전 칼슘염 결정은 최대한 수분을 제거하였다). 측정결과는 표 1에 나타내었다.

	정제 전	정제 후
Ca (mg/ℓ)	351.7	496

표 1에 나타난 바와 같이, 무-정제 칼슘염 결정을 용해시킨 증류수보다 정제과정을 거친 칼슘염 결정을 용해시킨 증류수에 보다 더 많은 양의 칼슘이 검출되었다. 이러한 결과는 식품첨가물인 CaSO₄와 거의 흡사한 수치로서 해양 심층수에서 분리한 칼슘염을 본 발명의 방법에 따라 정제하여 용해가 잘 되는 순도 높은 칼슘을 얻을 수 있음을 나타낸다. 이에 따라, 본 발명에 의하면 보다 많은 양의 칼슘을 함유하는 미네랄 워터를 제조할 수 있다. 또한, 미네랄 워터의 취식감에 불필요한 영향을 주는 Na을 배제할 수 있음을 나타낸다.

실시예 3. 미네랄 농축액의 품질 향상

실시예 1에서 소금성분까지 제거된 미네랄 농축액을 비중이 1.32가 되도록 진공을 잡은 후, 70-80℃로 가열하여 미네랄 성분을 보다 더 농축하였다. 농축 후, 미네랄 농축액의 품질을 높이기 위하여 농축액 내의 불순물 및 음이온을 제거하였다. 구체적으로, 미네랄 농축액 100ℓ를 활성탄 필터(10인치, 새한필터)에 통과시켰다. 활성탄 필터를 1회 통과한 미네랄 농축액을 활성탄 필터와 제균 필터(0.2 μm, 10인치, 새한필터)에 순차적으로 통과시켰다. 미네랄 농축액의 품질 향상 과정은 도 2에 도식화하였다.

최종적으로 제균 필터까지 통과한 미네랄 농축액의 색을 관찰한 결과, 필터 통과 전 노란색의 미네랄 농축액이 필터 통과 후 맑게 변하였다. 이러한 결과는 상기 품질 향상 과정에 의하여 농축액 내의 실트가 제거되었음을 나타낸다.

또한, 상기 방법에 의하여 미네랄 농축액 내의 음이온이 제거되었는지 여부를 확인하기 위하여, 필터 통과 전과 후의 Cl^- 및 SO₄ ^2- 의 양을 확인하였다. 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	처리 전	처리 후	감소량
Cl-	291.248	272.246	19.002	6.52%
SO4 2-	115.830	113.425	2.405	2.08%

표 2에 나타난 바와 같이, 필터 통과에 의하여 상당한 양의 염소 이온 및 황산 이온 제거되었음을 확인하였다. 이러한 결과는 물리 흡착제를 갖는 필터에 의한 미네랄 농축액의 필터링 → 필터링 된 미네랄 농축액의 물리 흡착제를 갖는 필터에 의한 재필터링 → 중공사막 필터에 의한 필터링에 의하여 농축액 내의 음이온을 효과적으로 제거할 수 있음을 보여준다. 상기 음이온은 미네랄 워터의 취식감을 저하시키는 요인이기 때문에, 본 발명의 방법에 따라 음이온을 제거함으로써 미네랄 워터의 청량감을 향상시킬 수 있으며, 또한 해양 심층수로부터 높은 경도의 물을 제조할 수 있다.

실시예 4. 고경도의 미네랄 워터 제조

실시예 3에서 얻은 실트와 Cl^- 및 SO₄ ^2- 가 제거된 미네랄 농축액(제품수 1톤에 비중 1.287의 미네랄 농축액 2.2Kg; 미네랄 농축액은 시간이 경과함에 따라 변화되기 때문에 사용 전 실험분석을 하였다) 및 실시예 3에서 얻은 정제된 칼슘염 결정(제품수 1톤에 건조 된 칼슘염 173g)을 1톤의 탈염수와 혼합하여 경도 600의 물을 제조하였다. 이때, 칼슘염은 별도의 장치에서 용해시켜 실험분석을 한 뒤 탈염수와 혼합하였다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

1. 다음의 단계를 포함하는 해양 심층수 또는 염지하수로부터 고경도의 미네랄 워터를 제조하는 방법:
   (a) 해양 심층수 또는 염지하수를 탈염처리 하여 농축수 및 탈염수로 분리하는 단계;
   (b) 상기 농축수로부터 칼슘염 결정 및 소금을 분리하여 칼슘염 및 소금이 제거된 미네랄 농축액을 얻는 단계;
   (c) 상기 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 필터링하는 단계;
   (d) 단계 (c)에서 필터링 된 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 재필터링하는 단계;
   (e) 단계 (d)에서 필터링 된 미네랄 농축액을 다수의 공극을 갖는 중공사막 필터로 필터링하는 단계; 및
   (f) 단계 (e)에서 필터링 된 미네랄 농축액 및 칼슘염을 탈염수와 혼합하여 경도 400-3000 mg/L as CaCO3의 미네랄 워터를 제조하는 단계;
   단계 (f)의 칼슘염은 단계 (b)에서 분리된 칼슘염 결정으로부터 칼슘염 결정에 붙어있는 소금과 탄산칼슘을 다음의 단계를 포함하는 방법을 통해 제거하여 얻는다:
   (ⅰ) 단계 (b)에서 분리된 칼슘염 결정을 300-350 mesh 망이 장착된 열수를 포함하는 용기에 투입하는 단계; 및
   (ⅱ) 상기 망을 통과하지 않은 칼슘염 결정을 분리하는 단계;
   단계 (b)에서 분리된 칼슘염 결정에 붙어있던 소금은 열수에 용해되며, 탄산칼슘은 상기 망을 통과한다.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 물리 흡착제는 활성탄인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 중공사막 필터의 공극은 직경 0.1-0.5 μm인 것을 특징으로 하는 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 칼슘염의 분리는 농축수를 비중 1.11-1.23이 되도록 가열 및 농축하여 칼슘염 결정을 석출시켜 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 소금의 분리는 농축수를 비중 1.24-1.32가 되도록 가열 및 농축하여 소금을 석출시켜 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (f)의 미네랄 농축액은 필터링에 의하여 실트, 염소 이온 및 황산 이온이 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (ⅰ)의 열수는 70-100℃인 것을 특징으로 하는 방법.
   
9. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 경도가 400-3000 mg/L as CaCO3인 고경도 미네랄 워터.

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