KR20050014262A

KR20050014262A - 반도심층수의 탈염처리 방법

Info

Publication number: KR20050014262A
Application number: KR1020030052827A
Authority: KR
Inventors: 임자
Original assignee: 임자
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-07

Abstract

본 발명은 해양성 심층수인 반도 심층수에 다량 함유되어 있는 미량 원소 및 미네랄 성분을 그대로 유지하면서 탈염 처리하는 방법에 관한 것으로, 본 발명은 반도 심층수를 이온교환수지, 전기분해장치 및 반투막을 이용하거나, 증발 농축을 수행하여 탈염시켜 담수화하는 방법을 제공한다.

Description

반도심층수의 탈염처리 방법{The desalting method of Bando Deep Ocean Water}

본 발명은 해양성 심층수인 반도 심층수를 탈염처리하는 방법에 관한 것이다.

해수에는 염화나트륨 이외에 마그네슘, 칼륨, 규소 등이 다량 함유되어 있지만, 이 외에 인체에 필수적인 영양소인 미량의 원소가 균형있게 함유되어 있다고 알려져 있다.

해수는 표층수와 구별하여 해양심층수라고 불리우고 있는데, 해양 심층수라는 것은 해수 표면으로부터 200미터 이하의 해수를 일컫는 것으로서, 광합성이 일어나지 않아 식물성장에 필요한 질소, 인, 규산 등의 무기영양소를 많이 포함하고 있으며, 대기나 화학물질에 의한 오염 및 태양균이나 일반세균에 오염되지 않으므로 해양성 세균수도 적어 물리적 청정성도 매우 뛰어나며, 필수 미량원소와 다양한 미네랄이 균형있게 포함되어 있고, 또한 4대 미네랄(마그네슘, 칼슘, 칼륨, 나트륨)외 아연, 셀렌, 망간 등을 포함하여 스트레스나 체질 불량 등으로 발생되는 각종 질병에 대한 면역기능도 우수하며, 식수로 사용하는 지표수나 지하수 등에 비해 청정도가 매우 뛰어난 것으로 알려져 있다. 해양 오염이 심각한 현재의 상태에서 표층수는 식음료로 적합하지 않으나, 해양 심층수는 표면층에 비하여 생균수가 그다지 많지 않을뿐더러 병원성 생물이 조금도 포함되어 있지 않기 때문에 음료로 선택하는 경우에 안전성이 지극히 높다고 할 수 있다(일본특허공고 평7-34728호).

이러한 해양 심층수의 특징은 태양광이 도달하지 않는 심해에서는 영양 물질을 소비하는 식물플랑크톤이 없기 때문에 박테리아 등에 의하여 분해된 영양물질이 풍부하고 칼슘, 마그네슘 등의 미네랄이 다량 포함되어 있는 부영양성(미네랄성)이 있고, 표면 해수로부터 200미터 이하에는 유기물의 농도가 낮고, 대장균 또는 일반세균에 의한 오염이 없으며, 육지나 대기로부터의 화학물질에 의한 오염의 가능성도 적은 청정성을 갖고 있으며, 일년 내내 저온으로 그 변화가 적고 안정된 낮은 수온성을 갖고, 해양 심층수는 수천년 동안 형성된 물이기 때문에 그 성질이 안정되어 있으며, 각종 효소들의 작용으로 인하여 숙성화되어 있는 숙성성을 갖고 있으며, 필수 미량원소나 다양한 미네랄 성분이 균형있게 포함되어 있어 용존되어 있는 금속이온들의 작용으로 활성 산소에 대한 탁월한 소거작용 효과 등의 특성을 갖고 있다고 알려져 있다.

이러한 해양 심층수는 해수를 가열 농축하고 그 농축액을 냉각한 후, 농축액으로부터 얻어진 결정분을 제거하고, 이를 농축액의 부피가 원래 부피의 1/1000이하로 농축될 때까지 지속시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 건강증진액 및 그 제조방법을 기재하고 있고 그 용액 일부를 음료수에 가함으로써 당뇨병, 알레르기성 질환, 심근경색 등의 현대병의 예방에 유효한 건강음료를 개시하고 있다(일본특허공보 제2580428호).

또한 이 해양 심층수에 염화나트륨 등의 전해질을 가하여 전기분해장치에서 전기분해를 시행하여 그 양극쪽으로 부터 얻어진 강산성 산화수(pH 2.4 내지 2.7이하에서 산화환원전위가 1000 mV 이상)과 음극 쪽으로부터 얻어진 알칼리 환원수가 알려져 있는데, 강산성 산화수의 용도로서는 그 산화력과 산성에 의한 살균작용으로 이용하여 의료용 기구의 소독살균 및 식품의 살균소독에 이용되어 왔다, 알칼리 환원수에 대해서는 위장내의 이상발효, 만성설사, 소화불량, 제산 및 위산과다 등의 위장질환에 대하여 효능이 있다고 알려져 있다(일본특허공개공보 제2001-198575호 참조).

그러나, 이 해양 심층수 자체는 짠맛이 강하여 그대로 음용하기에는 어려움이 있으므로, 이를 이용하기 위하여 여러 가지 처리를 하는 경우가 있다.

따라서, 해양 심층수에는 미네랄 성분으로서 종래에 알려진 칼슘, 마그네슘 이외에 동, 아연 등의 금속이나 요소 등의 필수 미네랄성분이 함유되어 있음이 확인되었으므로, 이 미네랄 성분을 이용하기 위하여 해수를 탈염 처리하여 염화나트륨의 함유량을 저하시킨 해수에 비타민류 등을 가하여 영양음료로서 개발이 알려진 바가 있고(일본특허공개공보 제60-255729호), 생균수가 표층수보다 적기 때문에 이 심층수를 천연 미네랄 수 등의 음료수에 첨가하여 미네랄 음료로서도 개발된 바 있다(일본특허공개공보 제 평5-219921호).

또한, 이 심층수를 역삼투압 장치를 이용하여 담수(淡水)화된 물에 해수를취하여 얻어진 쓴 맛의 즙과 광산(鑛酸)을 첨가한 음료가 알려져 있다(일본특허공개공보 제 평10-150960호).

그러나, 상기한 제조공정들은 역삼투압이나 전기분해 등의 증발농축단계를 필수적으로 거치기 때문에 미네랄 농축액과 미네랄분이 희박하거나함유되지 않는 물도 생산될 수 있는 등의 문제점이 있다.

따라서, 광천수로부터 미네랄 성분을 제거한 물에 탈염 처리하여 얻어진 심층수로부터 얻은 미네랄성분을 첨가한 광천수 음료에 대한 연구도 시행된 바가 있다(일본특허공개 제2001-190256호).

그러나, 이 경우 두 단계를 거쳐야 하는 과정의 복잡성과 탈염 처리하여 얻어진 심층수 자체의 효과는 미흡한 단점이 잇다.

또한, 상기한 종래 기술에 사용되는 해양 심층수는 일본 근해의 후지야마만(富山灣) 등지에서 채집한 심층수를 원료로 사용한 것이다.

따라서, 본 연구자는 한국 근해에서 채취가 가능한 해양성 심층수인 반도 심층수가 인체에 여러 필수적인 성분 및 해양 미네랄이 풍부함에 착안하여, 이 심층수를 건강음료 등 다양한 용도로 이용하기 위해 탈염 처리하는 방법을 연구한 결과, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 해양성 심층수인 반도 심층수를 탈염 처리하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도 심층수에 다량 함유되어 있는 미량 원소 및 미네랄 성분을 그대로 유지하면서 탈염 처리하는 방법을 제공한다.

상기한 반도 심층수는 대한민국 경기도를 포함한 서해안 인근지역 지하 700 내지 1000 m 지점에서 취수한 심층수를 의미하는데, 여기에는 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 칼륨뿐만 아니라 셀레늄(Se), 아연 등의 항암 작용을 갖는 무기성분과 철, 망간, 스트로늄 등의 금속이온을 다량 함유하는 특징을 갖는다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 상기 반도 심층수에 다량 함유된 미네랄 성분을 그대로 유지하면서 심층수를 탈염 처리하는 방법은 취수한 반도 심층수를 역삼투막을 이용하여 반투막을 사이에 두고 해수의 삼투압보다 높은 압력을 가하여 탈염 처리하는 방법, 이온교환수지를 이용하여 염분(NaCl)만을 선택적으로 제거하여 탈염 처리하는 방법, 전기분해장치를 통하여 염화나트륨 성분을 분해시키는 전기분해 방법을 이용하여 탈염 처리하는 방법, 또는 심층수를 자연건조로 증발시키거나, 자연건조를 통하여 일부 수분을 제거하고 남은 농축된 심층수를 가열을 통하여 농축시켜서 얻어진 농축물로부터 생성된 염화나트륨 결정을 여과지를 통하여 분리시키는 증발농축과정을 수행하여 탈염처리하는 방법을 포함한다.

역삼투막을 이용하여 탈염처리하는 방법에 사용될 수 있는 장치로는 탈염의 효과가 있는 것이라면 사용이 가능하며, 역삼투막으로는 막의 재질에 따른 분류로 CA(Cellulose Acetate) 막, PA(Polyamide) 막이 있고, 막의 형태에 따른 분류로 스피랄-운드 모둘(Spiral-wound module), 홀로우-파이버 모둘(Hollow-fiber module), 플레이트-및-프레임 모둘(Plate-and-frame module) 및 투불라 모둘(Tubular module)이 있으며, 미세한 세라믹 필터를 사용할 수도 있다.

상기 이온교환수지를 이용하여 탈염처리하는 방법에 이온교환수지로 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지를 사용할 수 있는데, 바람직한 양이온성 교환수지로는 AG 50W-x8, 앰버라이트(Amberlite) IR-120, 도웩스(Dowex) 50W-x8 등과 같은 강산성 양이온 교환수지; 앰버라이트(Amberlite) IRC-50, 바이오-렉스(Bio-Rex) 70, 듀올라이트(Duolite)-436 등과 같은 약산성 양이온 교환수지; 앰버라이트(Amberlite) IRA-67, 도웩스(Dowex) 3-x4A 등과 같은 약염기성 양이온 교환수지; AG 2x8, 앰버라이트(Amberlite) IRA-400, 도웩스(Dowex) 2-x8계열 등과 같은 강염기성 양이온 교환수지; 또는 CM-셀룰로오스, SE-셀룰로오스와 같은 양이온 교환수지, DEAE 셀룰로오스와 같은 음이온 교환 수지와 같은 개량된 섬유성 셀룰로오스로 이루어진 교환수지; 또는 가교 결합된 덱스트란으로 제조되는, 예를 들어, G-25 및 G-50 비드형 양이온 세파덱스형 수지, 아가로즈로 제조되는, 예를 들어, 세파로즈 CL 및 바이오겔 A 세파로즈형 수지 또는 프락토겔(Fractogels)이나 토요펄(Toyopearl) 수지와 같은 개량된 비드형 이온교환수지가 적합하며, 더욱 바람직한 교환 수지로는 약염기성 음이온 교환수지인 토요펄 DEAE 형 교환수지가 바람직하며, 더욱 더 바람직한 교환 수지는 토요펄 DEAE-650C 형 교환수지이다.

또한, 전기분해 방법을 이용하여 탈염처리하는 방법에 사용될 수 있는 전기분해장치로서는 물을 전기분해하기 위하여 사용되는 것이라면, 이에 한정되지 않는데, 예를 들어, 격막이 나누어진 이조식을 사용하여, 저수조에 급수하여 일정기간동안 분해하는 형태, 수돗물을 통하여 연속적으로 급수하는 형태 등이 바람직하다. 전기분해장치로서, 양극으로서는 페라이트 전극, 백금도금티탄 전극, 티탄 백금 소성 전극 등이 있고, 음극으로서는 스테인레스 전극, 백금도금티탄 전극, 티탄 백금 소성 전극 등 또는 격막으로서는 이온 교환막으로 구성되는 이조식 저수식의 전기분해장치가 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 반도 심층수 탈염처리 예 1

대한민국 경기도 인근지역 지하 800 m 지점에서 취수한 반도 심층수 20 ㎏을 이조 저수식 전기분해장치의 양극 및 음극 각각의 공급조에 가하고, 0.1 내지 3.0 A의 직류를 60 분간 전류를 통하게 한 후, 전기 분해가 종료된 후에 음극쪽에서 얻어진 용액을 모아 탈염처리된 반도 심층수 8 kg을 수득하였다.

실시예 2. 반도 심층수 탈염처리 예 2

대한민국 경기도 인근지역 지하 800 m 지점에서 취수한 반도 심층수 20 ㎏을 탈염 증류수로 평형화시킨 토요펄(Toyo pearl^R, 토소(Tosoh)사, 일본) DEAE-650C이온 교환 수지 160 ㎖에 연속적으로 넣어준 후, 여기에 0 M, 0.1 M, 0.2 M, 0.3 M, 3 M 염화나트륨 용액을 500 ㎖씩 흘려보내는 단계적 용출법에 의해 용출 속도를 2 ㎖/시간으로 하여 용출시켜 얻은 용출액을 다시 투석막(평균 편평 두께 32 mm, 용량 100 ㎖/피트 벤조일화 투석 튜빙, 시그마사, 미국)으로 4시간 동안 탈염 증류수로 3회 반복하여 투석하여 탈염처리된 반도 심층수 16 kg을 수득하였다.

실시예 3. 반도 심층수 탈염처리 예 3

대한민국 경기도 인근지역 지하 800 m 지점에서 취수한 반도 심층수 20 ㎏을 0.3 ㎛의 세라믹필터 장치(UPWS-24000, 피앤씨테크 사)로 정제여과하여 탈염처리된 반도 심층수를 8 kg을 수득하였다.

실험예 1. 반도 심층수의 특성 및 그 성분 분석

상기 실시예 1의 반도 심층수와 종래의 해양성 심층수(일본산: 한국특허공개공보 2002-4598호 참조)는 표 1에 나타낸 바와 같은 특성상의 차이를 갖고 있었으며, 실시예 1로부터 얻어진 미네랄 분말의 성분에 대하여 한국화학시험 연구원에서 APHA (1998년도 개정판)에 기재된 방법에 따라 성분 분석을 시험한 결과, 표 2와 같은 성분 분석 결과를 얻었다.

	특 성
	반도 심층수(한국산)	해양 심층수(일본산)
취수 수심	수심 800 m	수심 200 m
평균 온도	13.1 ℃	20 ℃이상
경 도	8500 mg/ℓ이상	-
평균 pH		7.87

	성 분 함 량
	반도 심층수(한국산)	해양 심층수(일본산)
칼슘(Ca)	>2800 mg/ℓ	1.00 %
마그네슘(Mg)	>400 mg/ℓ	0.133 %
나트륨(Na)	>3000 mg/ℓ	426mg/ℓ
스트로늄(Sr)	>80 mg/ℓ	426mg/ℓ
철 분(Fe)	>0.24 mg/ℓ	0.281 ㎍/ℓ
망간(Mn)	>1.7 mg/ℓ	0.153 ㎍/ℓ
아연(Zn)	>0.05 mg/ℓ	0.71 ㎍/ℓ

상기한 표 1 및 표 2에 기재된 바와 같이, 대한 민국에서 취수한 반도 심층수와 일본근해에서 취수한 해양 심층수는 근본적으로 취수 수심, 온도, 경도 및 pH 상에서 서로 다른 특성을 갖고 있으며, 미네랄 분석 결과를 살펴보면, 반도 심층수가 일부 무기성분의 함량이 적게는 100 배 많게는 10,000 배 가량 비교할 수 없이 많게 존재하며, 특히 Ca의 함량이 Mg의 함량보다 많음을 알 수 있어, 반도 심층수와 해양 심층수는 근본적으로 성분상을 달리하고 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명의 반도 심층수를 탈염 처리하는 방법은 반도 심층수를 이온교환수지, 전기분해장치 및 반투막을 이용하거나, 증발 농축을 수행하여 간단하게 탈염시켜 담수화하는 방법으로 상업적으로 유용하게 사용할 수 있다.

Claims

반도 심층수를 역삼투막을 이용하여 탈염처리하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 역삼투막은 CA(Cellulose Acetate) 막 또는 PA(Polyamide) 막인 방법.
제 1항에 있어서, 상기 역삼투막은 세라믹 필터인 방법.
제 1항에 있어서, 막의 형태는 스피랄-운드 모둘, 홀로우-파이버 모둘, 플레이트-및-프레임 모둘 또는 투불라 모둘인 방법.
제 1항에 있어서, 반도 심층수는 대한민국 경기도를 포함한 서해안 인근지역 지하 700 내지 1000 m 지점에서 취수한 것을 특징으로 하는 방법.