KR20060078594A - The manufacture method of the mineral adjustment agent, drinking water, table salt and bittern from deep sea water - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해양 심층수로부터 미네랄조정제, 소금, 간수와 음료수를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양 심층수에 함유되어 있는 다양한 미네랄성분을 이용하여 식품 및 음료의 제조에 필요한 미네랄조정제를 제조하면서 소금 및 간수와 음료수를 제조하는 방법을 제시하는 것이다.The present invention relates to a method for preparing mineral regulators, salts, liver water and beverages from deep sea water, and more particularly, to prepare mineral regulators for the preparation of food and beverages using various mineral components contained in deep sea water. It is to present a method of making salt and water and beverages.
이를 위하여 본 발명은, 해저 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온처리, 정밀여과처리, 물 분자의 소집단화 및 미네랄활성화처리와 같은 전처리를 한다.To this end, the present invention is to take the deep sea water of 200m or less of the seabed depth and pre-treatment such as warming treatment, microfiltration treatment, small grouping of water molecules and mineral activation treatment at 20 ~ 30 ℃.
전 처리된 해양 심층수는 제1나노여과공정에서 황산이온의 제거를 한 다음, 제1역삼투여과공정으로 보내어 여과수인 탈염수는 음용수제조공정으로 보내면서 농축된 농축 미네랄염수는 제2나노여과공정으로 보내어 여과된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 1차 농축된 미네랄수는 제1역삼투여과공정의 탈염수로 희석한 것을 제3나노여과공정으로 보내어 여과수인 염수는 소금제조공정으로 보내면서 2차 농축된 미네랄수는 제1전기투석공정으로 보낸다.The pre-treated deep sea water is removed from the first nanofiltration process, and then sent to the first reverse osmosis process, and the demineralized water, which is filtered water, is sent to the drinking water manufacturing process, and the concentrated concentrated brine is sent to the second nanofiltration process. The filtered brine is sent to the salt manufacturing process, and the first concentrated mineral water is diluted with demineralized water from the first reverse osmosis filtration process to the third nanofiltration process. The water is sent to the first electrodialysis process.
제1전기투석공정에서는 1가 양이온선택교환격막과 1가 음이온선택교환격막을 양극과 음극 사이에 교호적(交互的)으로 다단을 설치한 전기투석장치로 1가 이온인 염분을 제거한 다음, 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막과 1가 음이온만 투과하는 1가 음이온선택교환격막을 양극과 음극 사이에 교호적으로 다단을 설치한 제2전기투석장치로 보내어 황산이온이 제거된 농축 미네랄수를 생산한 다음, 1가 양이온선택교환격막과 1가 음이온선택교환격막을 양극과 음극 사이에 교호적으로 다단을 설치한 제3전기투석장치로 보내어 최종적으로 염분을 제거한 농축 미네랄수를 생산한다.In the first electrodialysis process, a monovalent cation selective exchange diaphragm and a monovalent anion selective exchange diaphragm are alternately installed between the anode and the cathode in an electrodialysis apparatus to remove salts of monovalent ions. A cation exchange diaphragm that penetrates cations and a monovalent anion selective exchange diaphragm that only penetrate monovalent anions are sent to a second electrodialysis device with alternating multiple stages between the anode and cathode to produce concentrated mineral water from which sulfate ions have been removed. Then, the monovalent cation selective exchange diaphragm and the monovalent anion selective exchange diaphragm are sent to a third electrodialysis apparatus in which multiple stages are alternately installed between the positive electrode and the negative electrode, thereby producing concentrated mineral water in which salts are finally removed.
제3전기투석공정에서 염분과 황산이온이 제거된 농축 미네랄수에 칼슘제를 공급하여 Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스를 조정하면서 비환원성(非還元性) 이당류(二糖類)나 당 알코올을 첨가하여 액상 미네랄조정제를 제조하며, 이를 건조공정으로 보내어 수분을 증발하여 고상 미네랄조정제를 제조한다.In the third electrodialysis process, non-reducing disaccharides are supplied by supplying calcium agent to concentrated mineral water from which salt and sulfate ions have been removed and adjusting the mineral balance in the range of Ca / Mg weight ratio of 2-6. The liquid mineral regulator is prepared by adding the sugar alcohol, which is sent to a drying process to evaporate water to prepare a solid mineral regulator.
그리고 제2, 3 나노여과공정, 제1, 3 전기투석공정에서 배출되는 염수는 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막과 1가 음이온만을 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막을 양극과 음극 사이에 교호적으로 다단을 설치한 제4전기투석공정에서 미네랄성분을 다량 함유한 농축 염수를 만든 다음, 증발농축 및 결정화공정으로 보내어 수분을 증발하면서 석출(析出)된 염을 탈수·건조하여 미네랄성분을 다량 함유한 소금을 제조하면서 탈수여액인 간수를 제조한다.The brine discharged from the second and third nanofiltration processes and the first and third electrodialysis processes may include a cation exchange diaphragm penetrating all the cations and a monovalent anion selective exchange diaphragm selectively penetrating only the monovalent anion between the anode and the cathode. In the fourth electrodialysis process in which alternating stages are installed, concentrated brine containing a large amount of mineral components is made, followed by evaporation and crystallization processes to dehydrate and dry the precipitated salts while evaporating moisture to remove the mineral components. While preparing a large amount of salt, dehydrated water is prepared.
제4 전기투석공정의 탈염수와 제1역삼투여과공정에서 배출되는 탈염수는 pH조정공정에서 pH를 8∼10으로 조정하여 수중의 붕소화합물을 폴리 붕산으로 전환한 다음, 제2역삼투여과공정으로 보내어 여과된 여과수는 중화처리 후 미네랄조정제로 경도를 조정한 다음, 살균처리를 하여 음료수를 제조한다.Demineralized water from the fourth electrodialysis process and demineralized water discharged from the first reverse osmosis process are converted to polyboric acid by converting the boron compound in water to polyboric acid in the pH adjustment process, and then sent to the second reverse osmosis filtration process. The filtered water is neutralized, and then adjusted to hardness using a mineral regulator, and then sterilized to prepare a beverage.
해양 심층수는 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적은 청정성(淸淨性), 수심 200m 이하는 태양 광이 닿지 않기 때문에 수온은 표층해수보다 매우 낮아 생물이 생육할 수 없는 저온 안정성, 식물의 성장에 매우 중요한 질산염, 인산염 및 규소 등의 무기영양염류가 풍부한 부영양성(富榮養性), 고압 하에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化)되어 표면장력이 적어 침투성(浸透性)이 좋은 물로 숙성된 숙성성(熟成性), 칼슘, 마그네슘, 철, 아연, 나트륨 등, 생물이 생육하는데 필요한 필수 미량원소나 미네랄밸런스(Mineral balance)가 좋은 미네랄특성 등이 있기 때문에 미네랄조정제, 소금, 간수와 음료수제조에 널리 이용될 것으로 전망된다.Deep sea water has very low levels of contaminants, harmful germs and organics, and sunlight does not reach 200 m or below, so the water temperature is much lower than superficial sea water. Rich in nutrients such as nitrates, phosphates and silicon, which are rich in eutrophication, and clusters of water molecules under long periods of time under high pressure, resulting in a small grouping of water molecules, making them less permeable. Maturity modifiers because they contain the essential microelements necessary for the growth of organisms such as calcium, magnesium, iron, zinc, sodium, etc., and mineral properties with good mineral balance. It is expected to be widely used in the manufacture of salt, salt water and drinking water.
해양 심층수, 미네랄조정제, 소금, 간수, 음료수, 나노여과, 역삼투여과. 전기투석 Deep sea water, mineral conditioners, salt, water, beverages, nanofiltration, reverse osmosis filtration. Electrodialysis
Description
도 1은 해양 심층수로부터 미네랄조정제의 제조공정도1 is a manufacturing process chart of mineral regulator from deep sea water
도 2는 소금 및 간수제조공정도 2 is a salt and water production process chart
도 3은 음료수제조공정도Figure 3 is a beverage production process
도 4는 물 분자의 소집단화처리 및 미네랄활성화처리 공정도4 is a process for small grouping and mineral activation of water molecules
도 5는 제1전기투석장치에 의한 미네랄염수에서 염분(NaCl)을 탈염처리하는 공정도5 is a process for desalting salt (NaCl) in mineral saline by the first electrodialysis apparatus
도 6은 제2전기투석장치에 의한 미네랄수의 미네랄성분을 농축 및 황산이온을 제거하는 공정도6 is a process chart for concentrating mineral components of mineral water and removing sulfate ions by a second electrodialysis apparatus;
도 7은 제3전기투석장치에 의한 농축 미네랄수에 함유된 염분을 탈염처리하는 공정도7 is a process for desalting salts contained in concentrated mineral water by a third electrodialysis apparatus;
도 8은 칼슘제 및 첨가제를 혼합하여 미네랄조정제를 제조하는 공정도8 is a process for preparing a mineral modifier by mixing calcium and additives
도 9는 제4전기투석장치에 의한 염수의 염분을 농축하는 공정도9 is a process chart for concentrating the salt of brine by the fourth electrodialysis apparatus
도 10은 대기공기로 수분을 증발하여 소금을 석출한 다음, 탈수-건조하여 소금 및 간수를 제조하는 공정도10 is a process diagram of evaporating water into atmospheric air to precipitate salt, followed by dehydration and drying to prepare salt and brine.
도 11은 열풍공기로 수분을 증발하여 소금을 석출한 다음, 탈수-건조하여 소금 및 간수를 제조하는 공정도11 is a process diagram of evaporating water with hot air to precipitate salt, followed by dehydration and drying to prepare salt and brine.
도 12는 음료수제조공정에서 pH조정, 중화 및 미네랄성분을 조정하여 음료수를 제조하는 공정도12 is a process for preparing a beverage by adjusting the pH adjustment, neutralization and minerals in the beverage production process
도 13은 35℃에서 해수를 농축할 때 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도13 is a precipitation rate of various salts according to the specific gravity change when concentrating the seawater at 35 ℃
도 14는 80℃에서 해수를 농축할 때 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도14 is a precipitation rate of various salts according to the specific gravity change when concentrating the seawater at 80 ℃
도 15는 해수의 농축에 의한 농축 함수(鹹水)의 비중에 따른 각종 염분의 농도변화도15 is a change chart of the concentration of various salts according to the specific gravity of the concentration function due to the concentration of seawater
도 16은 해수의 농축과정에서 함유염류의 석출량(析出量)의 관계도Fig. 16 is a relational chart of precipitation amounts of salts in the concentration of seawater;
도 17은 전기투석공정에서 함유염류의 농도변화도17 is a change in concentration of the salt contained in the electrodialysis process
도 18은 해수, 함수(鹹水), 간수(苦汁)의 관계도18 is a relational diagram of seawater, hydrous water, and cramps
도 19는 물 분자 집단체(集團體; Cluster)의 모형도19 is a model diagram of clusters of water molecules;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1; 전자처리수조(電子處理水槽) 2; 전극One;
3; 절연체(絶緣體) 4; 스테인리스강판(導體)3;
5; 기초 콘크리트(Concrete)구조물 6; 접지5;
7; 정전압발생장치(靜電壓發生裝置; Electron charger)7; Constant voltage generator (electron charger)
7a; 가변저항 7b; 접지7a;
7c; 1차 권선 7d; 철심7c; Primary winding 7d; Iron core
7e; 2차 권선 8; 중간처리수 저장조7e;
9; 자화기 공급펌프 10; 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器)9;
11; 소집단수 저장조 12; 소집단수 이송펌프 11;
13; 미네랄염수 저장조 14; 미네랄염수 이송펌프13;
15; 제1전기투석장치(電氣透析裝置) 16; 양극15; A first
17; 음극 18; 양극실17; Cathode 18; Anode chamber
19; 음극실 20; 1가 음이온선택교환격막19;
21; 1가 양이온선택교환격막 22; 양이온교환격막21; Monovalent cation
23; 음이온교환격막 24; 탈염실 23; Anion
25; 염농축실 26; 탈미네랄실25;
27; 미네랄농축실 28; 제1순환 염수 저장조 27;
29; 제1염수 순환펌프 30; 미네랄수 저장조29; First
31; 미네랄수 이송펌프 32; 제2전기투석장치 31; Mineral
33; 농축 미네랄순환수 저장조 34; 농축 미네랄수 순환펌프 33; Concentrated mineral circulating
35; 농축 미네랄수 저장조 36; 농축 미네랄수 이송펌프35; Concentrated
37; 제3전기투석장치 38; 제2순환 염수 저장조 37; Third
39; 제2염수 순환펌프 40; 첨가제 혼합기 39; Second
41; 교반기 42; 가온 재킷(Heating jacket) 41; Stirrer 42; Heating jacket
43; 보온재 44; 미네랄조정제 이송펌프 43;
45; 냉각기 46; 염수 저장조 45; Cooler 46; Brine reservoir
47; 염수 이송펌프 48; 제4전기투석장치 47; Brine
49; 제3순환 염수 저장조 50; 제3염수 순환펌프49; Third circulation brine
51; 농축 염수 저장조 52; 농축 염수 이송펌프 51; Concentrated
53; 염석출조 54; 염석출조 레이크(Rake)53; Salt
55; 대기공기에 의한 증발탑 56; 분무노즐(Spray nozzle) 55;
57; 배기 팬(Fan) 58; 반송농축 염수 저장조 57;
59; 농축 염수 반송펌프 60; 석출염이송스크루컨베이어(screw conveyer)59; Concentrated
61; 탈수여액 저장조 62; 탈수여액 이송펌프 61;
63; 송풍기 64; 버너(Burner)63; Blower 64; Burner
65; 열교환기 66; 열풍공기에 의한 증발탑65; Heat exchanger 66; Evaporation Tower by Hot Air
67; 데미스터(Demister) 68; pH조정조67;
69; pH조정조 교반기 70; 제2역삼투여과공정 공급펌프69; pH adjusting tank stirrer 70; Second reverse osmosis filtration process pump
71; 중화조 72; 중화조 교반기71;
73; 미네랄조정기 공급펌프 74; 미네랄조정기 73; Mineral
75; 미네랄조정기 교반기 76; 살균공정 공급펌프 75; Mineral regulator stirrer 76; Sterilization Process Supply Pump
pH: 수소이온 농도 ⓢ: 솔레노이드밸브(Solenoid valve)pH: Hydrogen ion ⓢ: Solenoid valve
pHIS; 수소이온농도지시제어기(pH indicating switch)pHIS; PH indicating switch
FI; 유량지시계(Flow indicator) BI: 보메도비중지시계(Baume indicator)FI; Flow indicator BI: Bumedo indicator
BIS: 보메도비중지시제어기(Baume indicating switch)BIS: Baume indicating switch
ECIS: 전기전도율지시제어기(Electric conductivity indicating switch)ECIS: Electric conductivity indicating switch
TT; 온도 트랜스미터(Temperature transmitter) TT; Temperature transmitter
TIC; 온도지시제어기(Temperature indicating controller) TIC; Temperature indicating controller
본 발명은 해양 심층수로부터 미네랄조정제, 소금, 간수와 음료수를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양 심층수에 함유되어 있는 다양한 미네랄성분을 이용하여 식품 및 음료의 제조에 필요한 미네랄조정제를 제조하면서 소금 및 간수와 음료수를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing mineral regulators, salts, liver water and beverages from deep sea water, and more particularly, to prepare mineral regulators for the preparation of food and beverages using various mineral components contained in deep sea water. It relates to a method of making salt and soda and beverages.
해양 심층수는 통상 200m이하의 해수를 해양 심층수라고 부르며, 표층의 해수와는 달리 태양광이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체가 증식하지 못하기 때문에 영양염류의 농도가 높으면서 수온에 따른 밀도차이로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질이 없기 때문에 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성(低溫安定性), 청정성(淸淨性), 부영양성(富榮養性), 미네랄밸런스특성, 숙성성(熟成性) 등의 특성이 있으며, 구체적인 내용은 표1의 내용과 같다.Deep sea water is generally called deep sea water of less than 200m, and unlike seawater on the surface, because of the lack of sunlight, plankton and living organisms do not proliferate, so the concentration of nutrients is high. As there is no contaminant present in surface seawater because it is not mixed with seawater, low temperature stability, cleanliness, eutrophicity, mineral balance characteristics, and ripening There are characteristics such as sex, and the details are shown in Table 1.
표1 해양 심층수의 특성 Table 1 Characteristics of deep sea water
해양 심층수에는 표층수에 비해서 오염물질 및 유해세균이 전혀 함유되어 있지 않으면서 약 5∼10배의 무기영양염류가 포함되어 있으며, 특히 동·식물의 생육에 필요한 중요원소가 70종류를 넘는 다종다양한 미네랄성분이 포함되어 있는 특성이 있으며, 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치는 다음 표2의 내용과 같다.Deep sea water contains about 5 to 10 times more inorganic nutrients than no surface water, and contains no more than 70 kinds of minerals. There is a characteristic that component is included, and the analysis value of deep seawater and surface seawater is shown in Table 2 below.
표2 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치 Table 2 Component Analysis of Deep Sea Water and Surface Sea Water
※주) 상기 분석치는 일본 고우치현(高知縣)의 무로도 등대(室戶岬) 동쪽 해저 374m의 해양 심층수와 표층해수를 취수하여 분석한 분석치이다.Note: The above analysis is based on the analysis of the deep seawater and surface seawater of 374m below the east side of Murodo Lighthouse in Kochi Prefecture, Japan.
전술한 바와 같이 해양 심층수는 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적 은 청정성(淸淨性), 저온 안정성, 식물의 성장에 매우 중요한 무기영양염류가 풍부한 부영양성(富榮養性), 고압 하에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化)되어 표면장력이 적어 침투성(浸透性)이 좋은 물로 숙성된 숙성성(熟成性), 칼슘, 마그네슘, 철, 아연, 나트륨 등, 생물이 살아가는데 있어서 필요한 필수 미량원소가 함유되어 있는 미네랄특성 등이 있다.As mentioned above, deep sea water has a very low level of contaminants, harmful germs and organics, low temperature stability, rich in nutrients, which are very important for plant growth, and long-term under high pressure. Over time, clusters of water molecules have been subpopulated into small groups and matured with water with good permeability due to low surface tension, calcium, magnesium, iron, zinc, sodium, etc. There are mineral properties that contain essential trace elements necessary for living things.
인체의 구성 원소는 산소가 65%, 탄소 18%, 수소 10%, 질소 3%와 중요미네랄성분으로는 칼슘 1.5∼2.1%, 인 0.8∼1.2%, 칼륨 0.3∼0.4% , 유황 0.25∼0.3%, 나트륨 0.15∼0.2%, 염소 0.15∼0.2%, 마그네슘 0.05∼0.1% 이외에 미량미네랄성분으로 철 0.006%, 아연 0.002%, 셀렌 0.0003%, 망간 0.0003%, 동 0.00015%, 요도 0.00004%, 기타 몰리브덴, 코발트, 크롬 등은 초 미량으로 존재한다.The constituent elements of the human body are 65% oxygen, 18% carbon, 10% hydrogen, 3% nitrogen, and important minerals: 1.5-2.1% calcium, 0.8-1.2% phosphorus, 0.3-0.4% potassium, 0.25-0.3% sulfur In addition to 0.15 to 0.2% sodium, 0.15 to 0.2% chlorine and 0.05 to 0.1% magnesium, trace minerals include iron 0.006%, zinc 0.002%, selenium 0.0003%, manganese 0.0003%, copper 0.00015%, urethra 0.00004%, other molybdenum, Cobalt, chromium, etc. are present in ultra trace amounts.
그리고 성인의 경우 미네랄 1일 필요소요량은 칼슘 600∼700㎎, 인 700㎎, 칼륨 2000㎎, 나트륨 1.5g, 마그네슘 250∼320㎎과 미량미네랄인 철 10∼12㎎, 아연 10∼12㎎, 동 1.6∼1.8㎎, 망간 3.0∼4.0㎎, 요도 150㎍, 셀렌 45∼60㎍, 몰리브덴 25∼30㎍, 크롬 30∼35㎍이다.For adults, the daily requirement of minerals is calcium 600-700 mg, phosphorus 700 mg, potassium 2000 mg, sodium 1.5 g, magnesium 250-320 mg and trace minerals iron 10-12 mg, zinc 10-12 mg, copper 1.6 to 1.8 mg, manganese 3.0 to 4.0 mg, urethral 150 μg,
특히 미네랄성분 중에서 칼슘이 부족하면 골다공증이 유발될 수 있으므로 칼슘(Ca) 섭취부족이 제일 문제시되고 있으며, 필요한 칼슘 섭취량은 600~700㎎/일이며, 마그네슘은 250~320㎎/일로 칼슘과 마그네슘의 중량비가 2 이상으로 섭취하는 것이 바람직하다.In particular, the lack of calcium among the mineral components can cause osteoporosis, the lack of calcium (Ca) is the most problematic problem, the required calcium intake is 600 ~ 700 ㎎ / day, magnesium is 250 ~ 320 ㎎ / day of calcium and magnesium It is preferable to ingest by
음료수나 식품 중에서 NaCl은 짠맛을 나게 하며, 마그네슘(MgCl2, MgSO4)은 쓴맛을, 칼륨(KCl)은 신맛을, 황산이온(SO4 2 -)은 산미(酸味)를 나게 하여 물맛을 떨어뜨리게 하는 반면에, 칼슘성분은 물맛을 부드럽게 하여 물맛을 좋게 하는 특성이 있다.In beverages or food NaCl shall remind the salty taste, magnesium (MgCl 2, MgSO 4) is a potassium (KCl) the bitter taste, the acidity, sulfate ion (SO 4 2 -) dropped mulmat to remind the the acidity (酸味) On the other hand, the calcium component is characterized by softening the taste of water to improve the taste of water.
그리고 음료수의 경우 좋은 물은 다음 식 ①의 물맛의 지수(OI)가 2.0 이상인 물이 맛이 좋으며, 다음 식 ②의 건강의 지수(KI)는 5.2 이상인 물이 건강에 좋은 것으로 알려져 있다.And in the case of drinking water, the water taste index (OI) of the following formula ① (OI) is 2.0 or more, the taste is good, the health index (KI) of the following
물맛의 지수(OI) = (Ca + K + SiO2) / (Mg + SO4 2 -) ………………………①Mulmat index (OI) = (Ca + K + SiO 2) / (Mg + SO 4 2 -) ... … … … … … … … … ①
건강의 지수(KI)인 Ca- 0.87Na …………………………………………………②…Ca- 0.87Na, index of health (KI). … … … … … … … … … … … … … … … … … … ②…
따라서 음료수나 식품에 사용하는 미네랄조정제의 경우 칼슘(Ca)/마그네슘(Mg) 중량비가 2 이상의 비율로 제조하는 것이 바람직하다.Therefore, in the case of mineral modifiers used in beverages and foods, it is preferable that the calcium (Ca) / magnesium (Mg) weight ratio is manufactured at a ratio of 2 or more.
그러나 해양 심층수는 NaCl농도와 황산이온(SO4 2 -) 농도가 높으면서 마그네슘(Mg)의 농도가 칼슘(Ca)에 비해서 약 3배 정도 높게 함유되어 있는 문제점이 있다.However, deep seawater is NaCl concentration and the sulfate ion (SO 4 2 -) is the concentration of the problems that the concentration is contained higher by about three times compared to calcium (Ca) nopeumyeonseo of magnesium (Mg).
그래서 해양 심층수를 이용하여 양질의 미네랄조정제를 제조하기 위해서는 과량으로 함유되어 있는 염분과 황산이온을 제거하고, Ca/Mg의 중량비가 2 이상의 비율로 미네랄밸런스(Mineral balance)를 조정해야 한다. Therefore, in order to manufacture a high quality mineral regulator using deep sea water, excess salt and sulfate ions must be removed, and the mineral balance should be adjusted at a ratio of Ca / Mg of 2 or more.
다시 말해서 해양 심층수는 미네랄조정제의 제조 측면에서 오염물질과 미생물이 존재하지 않은 청정성, 영양염류가 다량 존재하는 부영양성, 인체에 필요한 다양한 미네랄성분이 함유되어 있는 미네랄특성이 있으나, NaCl, KCl, SO4 2 -이 과량으로 존재하면서 칼슘함량에 비해서 마그네슘의 농도가 높은 문제점이 있기 때문에 미네랄조정제의 제조에서는 NaCl, KCl, SO4 2 -를 제거한 다음, Ca/Mg의 중량비를 2 이상 되게 조정해야 한다.In other words, deep sea water has the characteristics of minerals in terms of manufacturing mineral regulators, cleanliness without contaminants and microorganisms, eutrophication with large amounts of nutrients, and minerals containing various minerals necessary for the human body, but NaCl, KCl, SO 4 2 - Since there is a problem that the concentration of magnesium is higher than the calcium content in the presence of excess, mineral preparation should be removed to remove the NaCl, KCl, SO 4 2 - and then adjust the weight ratio of Ca / Mg to 2 or more. .
소금은 제조방법에 따라서 성분이 서로 상이하며, 식염의 종류에 따른 중요성분은 다음 표3의 내용과 같다.Salts are different from each other according to the manufacturing method, the importance of the salt is shown in Table 3 below.
표3 식염의 종류별 중요성분표 Table 3 Importance Table by Salt Types
표3에서 소금에 함유된 미네랄성분을 검토하면 천일염을 제외한 나머지의 소금에는 미네랄함량이 적기 때문에 건강에 좋은 소금이라고는 볼 수 없는 문제점이 있다.Examining the minerals contained in salts in Table 3, there is a problem that salts other than natural salts are not healthy salts because they contain less minerals.
해양 심층수로부터 생산된 소금은 표층해수에서 생산된 소금에 비해서는 환경오염물질이 전혀 함유되어 있지 않으면서 Pb, Cd, Cu, As … 등과 같은 유해 중금속성분의 농도도 높지 않으면서 칼슘, 마그네슘과 같은 인체에 유용한 다양한 미네랄성분이 함유되어 있기 때문에 건강에 좋은 양질의 소금을 생산할 수 있는 특성이 있다.Salt produced from deep sea water contains no environmental pollutants compared to salt produced from surface sea water, but Pb, Cd, Cu, As… It does not have a high concentration of harmful heavy metals, such as calcium and magnesium because it contains a variety of minerals useful for the human body has the characteristics that can produce a good quality salt for health.
그래서 본 발명에서는 과거 이온교환농축염에서처럼 NaCl의 순도가 높은 소 금을 생산하지 않고, 미네랄성분의 농도가 높은 소금을 제조할 수 있는 방법을 제시한다.Therefore, the present invention provides a method for producing a salt having a high concentration of minerals, without producing a salt with high purity of NaCl as in the past ion exchange concentrated salt.
간수의 조성은 소금의 제조방법과 조건에 따라서 상당한 차이가 있으며, 염전에서 소금을 생산하는 경우, 여름 철에 채취한 간수는 온도가 낮은 겨울철에 생산된 간수에 비해서 황산 마그네슘의 석출량이 많으며, 겨울철에 생산된 간수중에는 황산 마그네슘 농도가 낮아지며, 이러한 간수를 월동 간수라 한다.The composition of the brine varies considerably depending on the method and conditions of salt production.In the case of salt production in salt farms, the amount of magnesium sulfate precipitated in the summer is higher than that produced in the winter when the temperature is low. The concentration of magnesium sulfate is lowered in the brine produced in, which is called wintering.
이온교환격막제염에서 생산되는 간수에는 칼륨함량이 높으면서 황산 마그네슘이 존재하지 않으면서 염화칼슘(CaCl2)이 존재하며, 소금의 제조방법에 따른 간수의 성분조성은 다음 표4의 내용과 같다.Calcium chloride (CaCl 2 ) is present in the liver water produced in the ion exchange diaphragm salt with high potassium content and no magnesium sulfate, and the composition of the salt water according to the salt preparation method is shown in Table 4 below.
표4 소금의 제조방법에 따른 간수의 조성(wt%) Table 4 Composition of Salt Water According to Salt Preparation Method (wt%)
그리고 해양 심층수를 음료수제조 측면에서 검토하면 다음과 같은 문제점이 있다.In addition, when reviewing the deep sea water in terms of beverage production, there are the following problems.
① 해양 심층수는 수심 200m 이하에서 장기간 동안 미네랄과 저온·고압 하에서 숙성되어 핵자기공명(Nuclear magnetic resonance; NMR) 17O - NMR 반치 폭의 값이 75∼80Hz로 일반 수돗물의 17O - NMR 반치 폭의 값 130∼150Hz에 비해서는 물 분자의 집단이 소집단화 되어 있으나, 유명한 명수로 알려진 프랑스(France)의 루르드(Lourdes) 및 에비앙(Evian), 독일의 노르데나우(Nordenau), 인도의 나다 나(Nadana), 멕시코의 트라코테(Tlacote) 등의 광천수는 핵자기공명 17O - NMR 반치 폭의 값이 60∼70㎐에 비해서 높기 때문에 물맛이 유명광천수에 비해서 다소 떨어진다. ① deep sea water is aged under the mineral and the low temperature and high pressure for a long period of time at depths below 200m NMR (Nuclear magnetic resonance; NMR) 17 O - NMR half value width - 17 O NMR half value width of the value of the common tap water in 75~80Hz Although the group of water molecules is smaller than the value of 130 ~ 150Hz, Lourdes and Evian in France, Nordenau in Germany and Nana in India Mineral water, such as Nadana and Tracote, Mexico, has a higher nuclear magnetic resonance 17 O-NMR half width than 60 to 70㎐, so the water taste is slightly lower than that of famous mineral water.
② 해양 심층수에는 붕소화합물이 4∼5㎎/ℓ 범위로 함유되어 있는데, 단순한 나노여과와 역삼투 여과방법 및 이온교환막법인 전기투석처리에 의해서는 음료수 허용기준치 0.3㎎/ℓ 이하로 처리가 어렵다.② The deep sea water contains boron compounds in the range of 4-5 mg / l. However, it is difficult to treat the drinking water below 0.3mg / l by the simple nanofiltration, reverse osmosis filtration and electrodialysis.
③ Ca/Mg의 중량비가 2 이상이 되어야 물맛이 좋으면서, 미네랄밸런스(Mineral balance)가 적합한데, 해양 심층수에는 Ca/Mg의 중량비가 0.3∼0.35의 범위로 칼슘함량에 비해서 마그네슘함량이 월등히 높게 존재하므로 Ca/Mg의 미네랄밸런스를 조정해야 한다.③ The weight ratio of Ca / Mg should be 2 or more to improve the taste of water and mineral balance. The mineral balance is suitable for deep sea water. The Ca / Mg weight ratio is in the range of 0.3 to 0.35, and the magnesium content is much higher than that of calcium. As such, the mineral balance of Ca / Mg must be adjusted.
일본 특허공개 2004-65196호의 경우 해수를 양·음이온교환격막을 1가 이온투과선택교환격막을 사용한 전기투석장치로 전기전도도가 10∼12㎳/㎝까지 염분을 제거한 탈염수를 미네랄음료에 조정제로 사용하는 방법이 제시되어 있으나, 마그네슘(Mg)이 칼슘(Ca)에 비해서 3배 정도 높게 존재하면서 황산이온이 제거되지 않았기 때문에 물맛과 미네랄밸런스가 좋지 않은 문제점이 있으면서 미네랄성분이 전혀 농축되어 있지 않기 때문에 현장에서 사용하지 않고 이동하여 사용하는 경우는 운반 및 포장비용이 높은 문제점이 있다. In the case of Japanese Patent Publication No. 2004-65196, demineralized water is used as an adjusting agent for mineral beverages. However, since magnesium (Mg) is about three times higher than calcium (Ca) and sulfate ions have not been removed, there is a problem that water taste and mineral balance are not good and minerals are not concentrated at all. In case of moving and not using in the field, there is a problem of high transportation and packaging costs.
일본 특허공개 2006-6168호의 경우 광천수, 해수 또는 해양 심층수를 농축 및 탈염 처리를 하여 생산된 미네랄수에 트레할로스(Trehalose)를 첨가하여 맛을 마스킹(Masking)처리하는 방법이 제시되어 있으나 미네랄밸런스를 적절하게 조정되지 못한 문제점이 있다.Japanese Patent Publication No. 2006-6168 discloses a method for masking the taste by adding trehalose to mineral water produced by concentrating and desalting mineral water, seawater or deep seawater, but mineral balance is appropriate. There is a problem that cannot be adjusted.
일본 특허공개 2005-52130호 및 일본 특허공개 2002-369671호의 경우는 전술한 해양 심층수 중에 함유된 붕소의 문제를 해결하기 위해서 해양 심층수와 하천의 원류(源流)에서 채취한 신선한 물, 용수(湧水), 광천수(鑛泉水), 수돗물 등의 물을 혼합하는 방법이 제시되어 있으나, 이와 같은 음료수는 해양 심층수의 특성을 십분 발휘하지 못하는 문제점이 있다.In Japanese Patent Laid-Open No. 2005-52130 and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-369671, in order to solve the problem of boron contained in the above-described deep sea water, fresh water and fresh water collected from the deep water of the deep sea water and streams are used. ), A method of mixing water such as mineral water, tap water, and the like has been proposed, but such a beverage has a problem in that it can not fully exhibit the characteristics of deep sea water.
일본 특허공개 2004-65196호의 경우는 1가 이온만을 선택적으로 투과하는 막을 이용한 전기투석(電氣透析; Electrodialysis) 장치에서 전기전도율(電氣傳導率)을 10 ㎳/㎝ 미만으로 조정하면서 처리를 하였으나, 붕소를 0.2㎎/ℓ이하로 처리가 불가능하였으며, 또한, Ca이온농도에 비해서 Mg이온의 농도가 높은 문제점이 있었으며, 일본 공개특허 2002 - 238515호의 경우 해수를 전기투석에 의해 전기전도율을 조정하면서 처리를 하였으나 이 방법 역시 전술한 문제점을 해결하지 못하였다.In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-65196, the treatment was performed while adjusting the conductivity to less than 10 mW / cm in an electrodialysis apparatus using a membrane that selectively permeates only monovalent ions. Was less than 0.2 mg / l, and there was a problem that the concentration of Mg ion was higher than that of Ca ion, and in the case of JP-A-238515, seawater was treated by adjusting the electrical conductivity by electrodialysis. However, this method also did not solve the above problems.
붕소화합물을 제거하기 위한 일본 특허공개 2002-361246호의 암버라이트(Amberite)수지와 역삼투 여과처리를 하는 방법과 일본 특허공개 2001-300264호는 3단 역삼투 여과를 하면서 최종 단의 역삼투공정 전단에 pH를 조정하는 방법이 제시되어 있으나 이들 역시 미네랄밸런스, 물 분자의 소집단화 및 산화환원전위 값 등은 적절하게 해결하지 못한 문제점이 있다. The method of reverse osmosis filtration treatment with Amberlite resin of Japanese Patent Publication No. 2002-361246 and Japanese Patent Publication No. 2001-300264 for removing boron compound is carried out in the final stage of reverse osmosis process by three stage reverse osmosis filtration. Although a method of adjusting the pH has been proposed, these also have problems such as mineral balance, small grouping of water molecules and redox potential values have not been properly solved.
대한민국 특허공개번호 10-2006-0031791호의 경우는 해양 심층수를 음료수생산을 위해서 가온처리와 전처리여과를 한 다음, 나노여과 후 역삼투 여과에서 농축 미네랄염수를 1가 이온만을 선택적으로 교환하는 양·음이온선택교환 막을 사용한 1차 전기투석공정에서 염분을 제거한 미네랄수를 1가 음이온선택교환격막과 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막을 사용한 2차 전기투석장치에서는 황산이온을 제거한 것에 칼슘제와 첨가제를 주입하여 제조된 미네랄조정제의 경우는 염분이 고도로 제거되지 않았기 때문에 고 경도(500㎎/ℓ이상)로 미네랄밸런스를 조정하였을 때는 짠맛이 나 맛을 떨어뜨리는 문제점이 있으며, 칼슘제를 해양 심층수에 함유된 CaSO4를 석출 침전한 것을 사용하므로 CaSO4를 석출 침전공정의 시설비가 높은 문제점과 포장하여 타공정에 사용하는 경우에는 미네랄조정제의 농도가 낮아 포장비용과 운송비용이 높게 소요되는 등의 문제점이 있다.In the case of Korea Patent Publication No. 10-2006-0031791, warm and pre-filtration of deep sea water for drinking water production, and then positive and negative ions to selectively exchange monovalent ions for concentrated mineral brine in reverse osmosis filtration after nanofiltration In the second electrodialysis apparatus using the monovalent anion selective exchange membrane and the cation exchange diaphragm which permeate all the cations, the calcium ion and the additive are added to the removal of the sulfate ion in the primary electrodialysis process using the selective exchange membrane. for the manufacture of mineral modifiers CaSO the salt when hayeoteul adjust the mineral balance of a high hardness (500㎎ / ℓ or more) due to highly salty have not been removed and the problem is to drop or flavor, containing calcium in the ocean water 4 by using the precipitate settled to the packaging and facility cost is high problem of precipitate process to the CaSO 4 If you use the process has problems such that it takes a lower concentration of mineral modifiers packaging costs and transportation costs high.
해양 심층수에서 종래의 식염제조방법으로는 일본 특허공개 평(平) 10-150947호의 경우는 가열을 하지 않고 상온에서 농축 염수(鹹水)를 제조하는 경우에는 제조시간이 길어 장치의 규모와 부지면적이 커지면서, 기후와 일기조건에 따라서 염 생산에 제약을 받는 문제점이 있으며, 해저 심층암반수를 취수하여 식염을 제조하는 방법으로는 일본 특허공개 2004-52449호의 경우 역시 상온에서 농축한 다음, 이 농축 심층수를 가열하여 결정화된 염을 석출(析出)하는 방법 역시 전술한 문제점을 해결하지 못하고 있다.Conventional salt production methods for deep sea water in the case of Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-150947 do not require heating and produce concentrated brine at room temperature. As it grows, there is a problem that salt production is restricted according to the climate and weather conditions. The method of preparing salt by taking deep seabed rock water is also concentrated in room temperature in Japan Patent Publication No. 2004-52449. The method of precipitating the crystallized salt by heating also does not solve the above problem.
본 발명에서 해수의 비중을 나타내는 보메도 비중계(Baume's hydrometer)의 보메도(°Be)는 액체의 비중을 측정하기 위하여 보메도 비중계를 액체에 띄웠을 때의 눈금의 수치로 나타낸 것으로, 물의 비중보다 무거운 중액용(重液用)의 무거 운 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 농도를 표시하는 척도로도 널리 사용되고 있다.In the present invention, the Bomedo (° Be) of the Baume's hydrometer showing the specific gravity of the seawater is expressed as a numerical value of the scale when the Bomedo hydrometer is floated in the liquid to measure the specific gravity of the liquid, rather than the specific gravity of the water. There are heavy heavy bomedoes for heavy liquids and light bomedos for light liquids that are lighter than the specific gravity of water. Among them, pure liquids are pure water. Is 0 ° Be, 15% saline is 15 ° Be, and the division is divided into 15 equal parts. For the liquid solution, 10% saline is 0 ° Be, and pure water is 10 ° Be. In addition, the interval between them is divided into 15 equal parts, and since BOME (° Be) is approximated with salt concentration (wt%) in the case of sea water, it is widely used as a measure of concentration.
보메도(°Be)와 액체의 비중(d)과의 관계는 다음과 같다.The relationship between the Bume (° Be) and the specific gravity (d) of the liquid is
액체의 비중이 물의 비중보다 무거운 중보메도의 경우For heavy media that has a specific gravity of liquid greater than that of water
d = 144.3/(144.3-°Be) ………………………………………………③ d = 144.3 / (144.3- ° Be). … … … … … … … … … … … … … … … … … ③
액체의 비중이 물의 비중보다 가벼운 경보메도의 경우In the case of an alarm field where the specific gravity of the liquid is lower than the specific gravity of the water
d = 144.3/(134.3+°Be) ………………………………………………④ d = 144.3 / (134.3 + ° Be). … … … … … … … … … … … … … … … … … ④
전기전도율지시제어기(Electric conductivity indicating switch; ECIS)에서 측정되는 전기전도율(Electric conductivity)은 수용액이 전기를 전도하는 정도를 나타내는 지표로서 수중의 염류농도를 나타내는 기준으로 단위는 수용액의 전기저항률의 역수에 상당하는 ㎳/㎝(Siemens/meter)이며, 전기전도도(EC)와 수중의 총가용성염(TSS)과의 관계는 다음 식⑤와 같다.The electrical conductivity measured by the electric conductivity indicating switch (ECIS) is an indicator of the degree of conduction of an aqueous solution by conducting electricity. The unit represents the salt concentration in water. The unit is the inverse of the electrical resistivity of the aqueous solution. Corresponding Siemens / meter, the relationship between the electrical conductivity (EC) and the total soluble salt (TSS) in water is given by the following equation (5).
TSS(ppm)=640 X EC(㎳/㎝) …………………………………………⑤TSS (ppm) = 640 X EC (mm / cm). … … … … … … … … … … … … … … … ⑤
그리고 이중의 염분농도(NaCl ppm)는 전기전도율(EC)과의 관계는 다음 식⑥에 의해서 간단히 추정할 수 있다.The double salinity concentration (NaCl ppm) can be estimated simply by the
염분농도(NaCl ppm) = 552×EC(㎳/㎝)-200 …………………………⑥Salinity concentration (NaCl ppm) = 552 x EC (cc / cm) -200. … … … … … … … … … ⑥
전기전도도 값은 국제단위계인 ㎳/m(millisimenss/meter), 또는 ㎲/㎝(microsiemens/centimeter) 단위로 표기하며, ㎳/m = 10㎲/㎝(또는 10μmhos/㎝)이다.The conductivity value is expressed in units of millimenss / meter, or microsiemens / centimeter, which is an international system of units, and ㎳ / m = 10 μs / cm (or 10 μmhos / cm).
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 해양 심층수를 염분과 황산이온을 제거한 미네랄수에 칼슘제와 첨가제를 주입하여 미네랄조정제를 제조하면서 소금 및 간수와 음료수를 제조하는 방법을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.The present invention is to provide a method for producing salt and water and drinking water while preparing a mineral regulator by injecting calcium agent and additives in the deep water of the sea to remove the salt and sulfate ions in order to solve the above problems There is a purpose.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수심 200m 이하에서 해양 심층수를 취수하여 가온처리, 전처리여과, 물 분자의 소집단화 및 미네랄활성화처리 등의 전처리단계, 막 여과처리에 의한 염분 및 황산이온제거와 미네랄성분을 농축하는 단계, 전기투석처리에 의한 염분 및 황산이온제거와 미네랄성분의 농축단계, 미네랄조정제를 제조하는 단계, 배출되는 염수로부터 소금과 간수를 제조하는 단계, 탈염수와 미네랄조정제를 이용하여 음료수를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다. In order to achieve the above object, the present invention is to remove the salt and sulfate ion by pretreatment step such as warming treatment, pretreatment filtration, small grouping of water molecules and mineral activation treatment, withdrawal of deep sea water at 200 m or less depth And concentration of mineral components, removal of salts and sulfate ions by electrodialysis and concentration of mineral components, preparing mineral regulators, preparing salt and brine from discharged brine, using demineralized water and mineral regulators It is characterized by consisting of steps to prepare a beverage.
본 발명은 해양 심층수에 함유된 미네랄성분을 이용하여 식품, 사료 및 음료에 사용할 수 있는 미네랄조정제를 제조하면서 소금 및 간수와 음료수를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이하 첨부된 도면에 의해서 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention relates to a method for producing salt and liver water and beverages while preparing mineral modifiers that can be used in food, feed and beverages by using minerals contained in deep sea water. Same as
Ⅰ. 전처리단계I. Pretreatment stage
1. 취수 및 가온처리 공정1. Intake and warming process
전처리공정에서는 수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 후속처리를 원만하게 처리될 수 있도록 가온처리를 한다.In the pretreatment process, the deep sea water of 200m or less in depth is collected and warmed so that the subsequent treatment can be smoothly processed.
도 1에서 해양 심층수는 수심 200m이하의 해저심층에서 취수를 하며, 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.In FIG. 1, the deep sea water is taken from the deep seabed of 200 m or less, and the intake method is to take the pipe down to 200 m or less from the ship's bottom, or install the pipe to the sea level 200 m or less, and then take it with a pump. Or, pipes are installed up to 200m below sea level, and the intake wells are installed below sea level to take water according to siphon principle.
집수조에 취수된 해양 심층수는 온도가 낮으면서 점도가 높아 처리효율이 떨어지기 때문에 보일러(Boiler)에서 열을 공급받아(여름철에는 표층해수의 수온을 이용할 수도 있음) 20∼30℃로 가온하여 물 분자의 소집단화처리 및 미네랄활성화처리공정의 전자처리수조(電子處理水槽; 1)로 보낸다.The deep sea water collected in the sump is low in temperature and high in viscosity, resulting in low treatment efficiency. Therefore, it is heated to 20 ~ 30 ℃ by receiving heat from boiler (in summer, you can use the surface water temperature). It is sent to the electronic treatment water tank (電子 소 理 水槽; 1) of the small grouping treatment and mineral activation treatment process.
처리효율이 다소 떨어지더라도 시설비를 절감하기 위해서 물 분자의 소집단화처리와 미네랄활성화처리를 생략하는 경우에는 20∼30℃로 가온처리된 것을 전처리여과공정으로 보낸다. Even if the treatment efficiency is slightly reduced, if the small grouping and mineral activation treatment of water molecules are omitted in order to reduce the facility cost, the warmed treatment is sent to the pretreatment filtration process.
2. 물 분자의 소집단화처리 및 미네랄활성화처리공정2. Small grouping and mineral activation process of water molecules
20∼30℃로 가온처리된 해양 심층수가 전자처리수조(1)에 공급되면 고압정전압처리(高壓靜電壓處理)와 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器; 10)나 영구자 석으로 자화처리를 하여 물 분자의 집단(Cluster)을 소집단화하여 소집단수(Microclustered water)로 처리하여 표면장력(表面張力)과 점성을 떨어뜨리면서 미네랄성분을 활성화한 다음에 전처리여과공정으로 보낸다.When the deep sea water heated to 20 ~ 30 ℃ is supplied to the
고압정전압처리와 정전압도전관자화기(10)에서 자화처리를 조합한 공정에 의해서 물 분자의 집단을 소집단화와 미네랄성분의 활성화처리공정은, 20∼30℃로 가온처리한 해양 심층수를 전자처리수조(1)에 주입하고, 정전압발생장치(7)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(2)에 3,000∼5,000Volt(전계강도 0.3∼15KV/m)의 전압과 0.4∼1.6μA의 전류를 인가하여 전극(2)을 중심으로 +와 -의 정전장(靜電場)을 교대로 반복해서 물 분자에 4∼10시간 동안 인가(印加)하면, 이로 인하여 물 분자 자체가 진동ㆍ회전을 되풀이하면서 물 분자의 수소결합이 부분적으로 절단(切斷)되면, 중간처리수 저장조(8)로 보내어 자화기 공급펌프(9)로 정전압도전관자화기(10)로 보내어 도전관에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5V 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가하면 자화처리가 일어나 미네랄성분을 활성화한 다음에, 일부는 전자처리수조(1)로 반송하면서 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR)의 17O-NMR의 반치 폭(半値幅)이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; microclustered water)로 처리한 다음, 소집단수 저장조(11)로 보내었다가 소집단수 이송펌프(12)에 의해 전처리여과공정으로 보낸다.In the high pressure constant voltage treatment and the constant voltage
중간처리수 저장조(8)에서 자화기 공급펌프(9)로 정전압도전관자화기(10)로 보내어 전자처리수조(1)로 반송하는 유량은 유입수 유량의 1∼4배로 한다.The flow rate sent from the intermediate treatment
이와 같이 생성된 소집단화된 물은 약알칼리성의 고유진동수가 높은 고에너지의 산화환원전위(酸化還元電位; Oxidation Reduction Potential, ORP) 값이 +100∼-200㎷ 범위의 환원수로 처리된다.The small grouped water thus produced is treated with reduced water having a high alkaline oxidation frequency with a high energy Oxidation Reduction Potential (ORP) value in the range of +100 to -200 Hz.
정전압발생장치(7)에서 전자처리수조(1)의 전극(2)에 인가전압은 중간처리수 저장조(8)에 설치된 pHI(7.4∼7.8) 및 ORPI(+100㎷ 이하)의 값에 따라서 조정한다.The voltage applied to the
전자처리수조(1)의 재질은 스테인리스 스틸(Stainless steel)을 사용하며, 내부에는 전도도(電導度)가 높은 목탄(木炭)을 충전(充塡)한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 전극(2)의 망을 설치하고, 하부에는 절연체(3)인 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC), 스티로폼(Styrofoam) 중에서 한 종류를 선택하여 설치하고, 절연체(3) 하부에는 도체이면서 내식성 재질인 스테인리스강판(4)을 기초 콘크리트(Concrete) 구조물(5) 사이에 설치하며, 스테인리스강판(4)은 땅에 접지(6)한다.The material of the
정전압도전관자화기(10)는 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성 재료의 원통 관에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5V 범위의 교류 또는 직류의 저전압을 인가하면 코일의 내부에는 자기장(磁氣場)이 형성되며, 여기에 물(유체)을 통과하면 물은 소집단수(小集團水)로 처리되면서 수중에 용해되어 있는 미네랄성분은 활성화된다.The constant voltage
그리고 정전압도전관자화기(10) 대신에 12,000∼15,000G(Gauss)범위로 착자(着磁)된 영구자석을 설치하여도 된다. Instead of the constant voltage
그리고 처리수의 용량이 대용량인 경우에는 목탄(木炭)을 충전한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 전극(2) 망이 내장된 전자처리수조(1)를 다단을 설치하여 처리한다.When the capacity of the treated water is large, the
본 발명에서와 같이 고압정전압처리와 자화기에 의한 물 분자의 집단을 소집단화하여 소집단수(小集團水)로 처리를 하면 물의 표면장력(表面張力)과 점도(粘度)가 적어지면서 침투력(浸透力)이 향상되어 여과공정에서 여과효율이 향상되면서 각종 미네랄성분은 자화처리에 의해서 활성화되어 섭취를 하였을 때 흡수율이 우수한 활성미네랄(Activated mineral)이 생성되는 특성이 있다.As in the present invention, when the group of the water molecules by the high-voltage constant voltage treatment and the magnetizer is small grouped and treated with the small group water, the surface tension and the viscosity of the water are reduced and the penetration force is reduced. As the filtration efficiency improves in the filtration process, various mineral components are activated by magnetization, and when ingested, minerals having excellent absorption rate are generated.
그러나 처리효율이 다소 떨어지더라도 시설비를 절감하기 위해서 물 분자의 소집단화처리와 미네랄활성화처리를 생략하고 20∼30℃로 가온처리된 것을 전처리여과공정으로 보내어 처리할 수도 있다. However, even if the treatment efficiency is slightly reduced, in order to reduce the facility cost, the small grouping of the water molecules and the mineral activation treatment may be omitted, and the warmed treatment may be sent to the pretreatment filtration process for treatment.
3. 전처리여과공정3. Pretreatment Filtration Process
전처리여과공정은 모래여과, 정밀여과(Micro filter)나 한외여과(限外濾過; Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거한 다음, 제1나노여과공정으로 보낸다.The pretreatment filtration process removes suspended solids (SS) by filtration through sand filtration, micro filtration or ultra filtration alone or a combination of two or more processes. Next, it is sent to the first nanofiltration process.
이때 음료수와 소금 및 간수를 제조하지 않은 경우는 전처리여과를 한 해양 심층수를 후술하는 제1나노여과공정, 제역삼투여과공정, 제2나노여과공정과 제3나노여과공정을 생략하고 제1전기투석공정의 미네랄염수 저장조(13)로 보내어 미네랄조정제를 제조한다. In this case, if the beverage, salt, and brine are not prepared, the first nanofiltration process, the reverse osmosis filtration process, the second nanofiltration process, and the third nanofiltration process, which describe deep seawater subjected to pretreatment, will be omitted. It is sent to the mineral
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.At this time, the filtration pressure is determined in consideration of the pressure loss of the filter and the pressure loss of the pipe according to the operating conditions.In the case of sand filtration, the filtration speed is 6-10 m / hour, and the effective diameter of the filter sand Is 0.3 to 0.45 mm, the uniformity factor is 2.0 or less, and the thickness of a fibrous layer is 0.5 to 1.0 m.
이때 취수된 해양 심층수의 탁도(濁度)가 2㎎/ℓ이하인 경우는 모래여과는 할 필요가 없다.At this time, if the turbidity of the deep ocean water taken is 2 mg / ℓ or less, it is not necessary to sand filtration.
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.Micro-filter and Ultra-filter are not limited to the type of filtration membrane, and the supply pressure of the pump is decided by considering the filtration speed and the pressure loss according to the vendor's specifications. do.
정밀여과 또는 한외여과에서 여과는 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리한다.In microfiltration or ultrafiltration, filtration treats the water's fouling index (FI) in the range of 2-4.
FI값은 대상 수중의 미세한 탁질 농도를 나타내는 수치로 다음 ⑦식으로 표현된다.The FI value is a numerical value representing the fine turbidity concentration in the target water and is expressed by the following equation.
FI = (1-T0/T15)×100/15 ……………………………………………………⑦FI = (1-T 0 / T 15 ) x 100/15... … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ⑦
여기서 T0는 0.45㎛의 정밀여과막을 이용하여 시료수를 0.2㎫로 가압 여과했을 때에 최초의 500㎖의 시료수의 여과에 필요로 한 시간이며, T15는 T0와 동일한 상태에서 15분간 여과한 후에 500㎖의 시료수의 여과에 필요로 하는 시간이다.T 0 is the time required for filtration of the first 500 ml of sample water when the sample water was filtered under pressure of 0.2 MPa using a 0.45 μm microfiltration membrane, and T 15 was filtered for 15 minutes in the same state as T 0. It is time required for filtration of 500 ml of sample water after that.
Ⅱ. 막 여과처리에 의한 염분 및 황산이온제거와 미네랄성분의 농축단계 II. Salt and Sulfate Ion Removal and Mineral Concentration by Membrane Filtration
막 여과에 의한 염분 및 황산이온제거와 미네랄농축은 제1나노여과(Nano- filtration)공정에서 막 막힘의 원인이 되는 황산이온(SO4 2 -)을 제거한 다음에, 제1 역삼투여과공정으로 보내어 여과된 탈염수는 음료수제조공정으로 보내고, 여과되지 않고 농축된 미네랄염수는 제2나노여과공정으로 보내어 여과된 염수는 소금제조공정으로 보내며, 여과되지 않고 농축된 미네랄수는 제1역삼투 여과공정의 탈염수로 희석하여 3차 나노여과공정으로 보내어 여과된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 농축된 미네랄수는 제1전기투석공정으로 보낸다. Film salt by filtration and the sulfate ions removed as mineral concentrate is first nanofiltration (Nano- filtration) sulfate ions which cause clogging of the membrane in step (SO 4 2 -) in the removal of the then fed to the first reverse osmosis step tuyeogwa The filtered demineralized water is sent to the beverage production process, the unfiltered and concentrated mineral brine is sent to the second nanofiltration process, and the filtered brine is sent to the salt manufacturing process, and the unfiltered mineral water is sent to the first reverse osmosis filtration process. Diluted with demineralized water and sent to the third nanofiltration process, the filtered brine is sent to the salt manufacturing process, the concentrated mineral water is sent to the first electrodialysis process.
나노여과 및 역삼투 여과의 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.The membrane modules of nanofiltration and reverse osmosis filtration are tubular, hollow fiber, spiral wound, flat plate and Any form such as a frame may be used, and the material of the film is not particularly limited.
그리고 나노여과막의 소재로서 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리피페라진아미드(Polypiperazineamide)계, 폴리에스텔아미드(Polyesteramide)계, 혹은 수용성의 비닐폴리머(Vinylpolymer)를 가교한 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 구멍에서 미세 구멍으로 구성되어 있는 비대칭막(非對稱膜)이나, 이러한 비대칭막의 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.As the material of the nanofiltration membrane, polyamide-based, polypiperazineamide-based, polyesteramide-based, or cross-linked water-soluble vinyl polymers can be used. Is an asymmetric membrane composed of a dense layer on one side of the membrane, which is composed of micropores gradually from a large pore toward the inside of the membrane or toward the membrane on one side, or a dense layer of such an asymmetric membrane. A composite membrane having a very thin separation functional layer formed of another material may be used. A piperazine polyamide composite membrane is preferable, but the material and structure of the membrane are not particularly limited in the present invention. .
1. 제1나노여과공정1. First Nanofiltration Process
제1나노여과공정에서는 후처리의 역삼투 여과에서 스케일(Scale)생성의 원인이 되는 황산이온(SO4 2 -)을 제거하는 것이 주목적으로, 전처리여과공정에서 수중의 부유고형물질을 제거한 해양 심층수는 나노여과공정으로 보내어 여과되지 않은 황산이온 함유수는 방류(放流)하고, 여과수인 탈황산이온미네랄염수는 제1역삼투여과공정으로 보낸다.First nanofiltration in the process in a reverse osmosis filtration of the post-treatment scale (Scale) sulfate ion that causes the generation (SO 4 2 -) as is the main purpose to remove, deep ocean water, removing the suspended solids in the water in the pre-filtering step Is sent to the nanofiltration process to discharge unfiltered sulfate-ion-containing water and to send the filtered desulfurized-ion mineral salt to the first reverse osmosis process.
나노여과막에서 이온의 투과순서는 양이온의 경우는 Ca2 +>Mg2 +>Li+>Na+>K+>NH4 + 이고, 음이온의 경우는 SO4 2 -≫HCO3 ->F->Cl->Br->NO3 ->SiO2 이며, 황산이온(SO4 2 -)의 경우는 Mg2 +와 Ca2 +보다도 투과하기 어렵다.Transmission sequence of the ion in the nanofiltration membrane, if the cation is Ca 2 +> Mg 2 +> Li +> Na +> K +>
제1나노여과공정에서 공급압력은 염 농도가 3.5wt%인 해양 심층수의 삼투압 25㎏/㎠보다 낮은 15∼20㎏/㎠으로 하며, 나선형의 경우 막투과수량(膜透過水量)은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하면 이때 막 투과수량은 유입수량의 70∼80%가 된다.In the first nanofiltration process, the supply pressure is 15 to 20 kg /
[실시 예1]Example 1
표2에서와 같은 해양 심층수를 25℃로 가온처리를 한 다음, 물 분자의 집단을 소집단화처리하는 공정의 전자처리수조(1)에 주입하고, 정전압발생장치(7)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(2)에 3,500Volt(전계강도 1.2KV/m)의 전압과 0.5μA 의 전류를 5시간 동안 인가하면서 중간처리수저장조(8)로 보낸 다음, 자화기공급펌프(9)로 정전압도전관자화기(10)로 보내어 도전관에 감은 코일에 0.6V 범위의 직류를 인가하여 자화처리를 한 후에 일부는 전자처리수조(1)로 반송하면서 핵자기공명의 17O-NMR의 반치 폭이 52㎐로 처리한 소집단수(小集團水)를 한외여과에서 FI값을 3.2로 전처리한 여과수를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 가교폴리아미드(Cross-linked polyamide) 재질인 모델번호 SU-610의 나선형 나노여과막을 사용하여 압력을 20㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 1.2㎥/㎡·일로 하였을 때 막투과수량은 유입수량의 80%가 되었으며, 이때 여과되지 않은 황산이온 함유수와 여과된 탈황산이온미네수의 중요성분 분석치는 다음 표5의 내용과 같다.The deep sea water as shown in Table 2 is warmed to 25 ° C., and then injected into the
표5 나노여과에 의한 여과되지 않은 황산이온 함유수와 여과된 탈황산이온미네염수의 중요성분 분석치Table 5 Analysis of Significant Values of Unfiltered Sulfate-Ioned Water and Filtered Desulfurized-ion Mine Saline by Nanofiltration
표5의 내용에서 보는 봐와 같이 해양 심층수를 나노여과처리를 한 결과, 붕소화합물은 거의 제거되지 않았으며, Na는 28.5%, 칼슘(Ca)은 41%, 마그네슘(Mg)은 35%로 제거되었으나 황산이온은 90%이상 제거되었다. As shown in Table 5, nanofiltration of deep sea water resulted in almost no removal of boron compounds, 28.5% Na, 41% calcium (Ca) and 35% magnesium (Mg). However, more than 90% of sulfate ions were removed.
2. 제1역삼투여과공정2. First reverse osmosis filtration process
제1역삼투여과공정에서는 저농도의 미네랄염수를 농축하여 탈염수의 생산과 미네랄염수를 농축하는 것이 목적으로, 제1나노여과공정에서 황산이온이 1차 제거된 탈황산이온미네랄염수가 제1역삼투여과공정에 공급되면, 운전압력을 50∼70㎏/㎠으로 여과막에 공급하여 여과된 탈염수는 음료수제조공정으로 보내고, 농축된 미네랄염수는 제2나노여과공정으로 보낸다.In the first reverse osmosis filtration process, the desulfurization ion mineral saline with primary removal of sulfate ions in the first nanofiltration process is used for the purpose of concentrating low concentration mineral brine and demineralizing brine. When supplied to the filtration membrane, the operating pressure is supplied to the filtration membrane at 50 to 70 kg /
제1역삼투여과공정의 여과막이 나선형 여과막의 경우 운전압력을 55∼56㎏/㎠에서 막 투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 여과수인 탈염수에는 염분이 99.0∼99.85wt% 범위로 제거되며, 유입수량의 40∼60%가 여과되면서 미네랄염수는 농축된다.When the filtration membrane of the first reverse osmosis filtration process is a spiral filtration membrane, when the operating pressure is 55 to 56 kg / ㎠ and the membrane permeate is 0.5 to 0.8 ㎥ / ㎡ The mineral brine is concentrated while 40-60% of the influent is filtered.
[실시 예2]Example 2
실시 예1의 제1나노여과에서 여과된 여과수(濾過水)인 탈황산이온미네랄염수를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 고압용 역삼투여과막에서 가교(架橋) 폴리아미드계 복합막(複合膜)인 모델번호 SU-810의 나선형 역삼투여과막을 사용하여 압력을 60㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 0.72㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 52%가 되었으며, 이때 여과된 탈염수와 여과되지 않고 농축된 농축 미네랄염수의 주요성분 분석치는 다음 표6의 내용과 같다.Desulfurized ion mineral saline, filtered filtrate in the first nanofiltration of Example 1, was cross-linked polyamide-based composite membrane in a high pressure reverse osmosis membrane of Toray Corporation of Japan. The membrane permeate was 52% of the influent when the membrane permeate was 0.72㎥ / ㎡ · day using a spiral reverse osmosis membrane of model No. SU-810. At this time, the main component analysis of filtered demineralized water and concentrated non-filtered concentrated brine are shown in Table 6 below.
표6 제1역삼투여과에서 여과수인 탈염수와 여과되지 않고 농축된 농축 미네랄염수의 주요성분 분석치Table 6 Analysis of Principal Components of Demineralized Water, Filtrate, and Unconcentrated Concentrated Mineral Saline in the First Reverse Osmosis
표6의 내용에서 보는 봐와 같이 해양 심층수를 역삼투여과에서는 대부분의 물질은 99% 이상 고도로 제거되었으나 붕소화합물은 1.8㎎/ℓ으로 제거율이 80% 이하로 매우 낮아 음용수 수질 기준치 0.3㎎/ℓ의 6배를 초과하기 때문에 이 자체로는 음료수 생산용으로 사용이 불가능하였다.As shown in Table 6, most of the substances were removed highly by 99% or more in deep osmosis, but the boron compound was 1.8 mg / l and the removal rate was very low, below 80%. Since it was doubled, it could not be used for beverage production by itself.
그리고 전처리단계에서 물 분자 집단의 소집단화처리공정을 생략하였을 때는 운전압력을 60㎏/㎠G로 동일한 압력으로 막에 공급하였을 때 막투과수량은 0.68㎥/㎡·일로 떨어졌으며, 막투과수량도 유입수량의 46%로 저하되었다.When the small grouping process of the water molecule group was omitted in the pretreatment step, the membrane permeability fell to 0.68㎥ / ㎡ · day when the operating pressure was supplied to the membrane at the same pressure at 60㎏ / ㎠G. It was reduced to 46% of the inflow.
3. 제2나노여과공정3. Second Nano Filtration Process
제2나노여과공정에서는 제1역삼투여과공정에서 농축된 미네랄염수를 1가 이온인 염분을 분리하여 미네랄성분(다가 이온)을 농축분리하는 것이 목적이다.In the second nanofiltration process, the mineral salt concentrated in the first reverse osmosis process is separated into salts having monovalent ions, and the mineral components (polyvalent ions) are concentrated.
제2나노여과는 제1역삼투여과에서 50∼60㎏/㎠으로 가압(加壓)된 상태의 농축 미네랄염수를 제2나노여과공정의 분리막으로 보내어 75∼85%가 여과되도록 압력을 조정하면서 여과된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 상대적으로 미네랄성분이 농축된 미네랄염수는 제3나노여과공정으로 보낸다. The second nanofiltration is filtered while adjusting the pressure so that 75-85% of the concentrated mineral brine is pressurized at 50 to 60 kg / cm2 in the first reverse osmosis filtration to the separation membrane of the second nanofiltration process. The brine is sent to the salt manufacturing process, and the mineral brine with a relatively concentrated mineral content is sent to the third nanofiltration process.
제2나노여과공정에서는 운전압력은 여과되는 염수의 유량이 유입유량의 75∼85% 범위가 되도록 조정하며, 이때 압력은 여과막에 따라서 차이가 있으나, 해양 심층수의 삼투압 25㎏/㎠보다 다소 높은 25∼30㎏/㎠이 된다. In the second nanofiltration process, the operating pressure is adjusted so that the flow rate of the brine to be filtered is in the range of 75 to 85% of the inflow flow rate. The pressure varies depending on the filtration membrane, but is slightly higher than the osmotic pressure of the
이때 나선형 여과막의 경우 막 투과수량(膜透過水量)은 1.5∼2.0㎥/㎡·일 범위가 된다.At this time, in the case of the spiral filtration membrane, the membrane permeate amount is in the range of 1.5 to 2.0
[실시 예3]Example 3
실시 예2의 제1역삼투여과공정에서 압력이 60㎏/㎠G로 배출되는 농축된 미네랄염수 측에 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 SU-210 나노여과막을 설치하여 여과되는 염수의 유량이 유입되는 유량의 80%가 되게 배출압력을 조정(이때 압력은 27㎏/㎠G 이었음)하면서 미네랄성분을 농축한 결과 여과수인 염수와 농축된 미네랄수의 중요성분의 분석치는 다음 표7의 내용과 같으며, 이때 막 투과수량은 1.25㎥/㎡·일 이었다.In the first reverse osmosis filtration process of Example 2, the flow rate of the brine filtered by installing the SU-210 nanofiltration membrane of Toray Japan Co., Ltd. was installed on the concentrated mineral brine side where the pressure was discharged at 60 kg /
표7 제2나노여과공정에서 여과수인 염수와 여과되지 않고 농축된 미네랄수의 중요성분 분석치Table 7 Analysis of Significant Values of Brine and Filtrate Concentrated Mineral Water in the Second Nanofiltration Process
표7의 내용에서 보는 봐와 같이 제2나노여과공정에서는 1가 이온인 Na+는 73.5%, K+는 71%, Cl-은 69%이상 막을 투과되었으며, 반면에 2가 이온인 칼슘 이온(Ca2 +)은 30%, 마그네슘(Mg2 +)은 25%, 황산이온(SO4 2 -)은 19%가 투과되었으며, 여과되지 않고 농축된 미네랄수 쪽에서는 2가 이온의 농도가 상대적으로 높게 농축되었으나, 1가 이온도 동시에 농축되었다.As shown in Table 7, in the second nanofiltration process, more than 73.5% of monovalent ions, Na + , 71% of K + , and 69% of Cl − were permeated through the membrane, while calcium ions (divalent ions) ( Ca 2 +) was 30%, a magnesium (Mg 2 +) was 25%, and sulfate ion (SO 4 2 -) was 19% of the transmission, without the filtrate and a concentrated mineral side, 2 to the concentration of the ions relative While highly concentrated, monovalent ions were also concentrated at the same time.
4. 제3나노여과공정4. Third Nano Filtration Process
제3나노여과공정에서는 제2나노여과공정에서 농축된 미네랄염수를 제1역삼투여과공정에서 배출되는 탈염수로 희석한 다음, 나노여과를 하여 2가 이상의 이온인 미네랄성분을 효율적으로 농축하는 것이 목적이다.In the third nanofiltration process, the mineral brine concentrated in the second nanofiltration process is diluted with demineralized water discharged from the first reverse osmosis filtration process, and then nanofiltration is performed to efficiently concentrate the mineral component of divalent or more ions. .
나노여과에 의해서 1가 이온과 2가 이상의 다가(多價) 이온인 미네랄성분이 공유하는 미네랄염수를 농축하면 여과수 중에는 다가 이온인 미네랄성분보다 1가인 염분의 투과율이 좋아 염분이 보다 많이 분리되기 때문에 여과되지 않고 농축되는 쪽은 다가 이온인 미네랄성분이 상대적으로 많이 농축되지만, 1가 이온인 염분도 함께 농축된다.Concentration of mineral salts shared by mineral constituents of monovalent ions and divalent or higher polyvalent ions by nanofiltration results in better separation of salts due to better permeability of monovalent salts in the filtered water than mineral constituents of polyvalent ions. The non-filtered side concentrates relatively many minerals that are polyvalent ions, but also salts that are monovalent ions.
나노여과에 의해서 1가 이온과 다가 이온이 공유하는 미네랄염수를 반복해서 농축하게 되면 전술한 실시 예1과 실시 예2의 경우를 비교해 보면, 농축을 반복하게 되면 다가 이온이 1가 이온보다 많이 농축되지만 1가 이온인 염분(NaCl)도 함께 농축되어 1가 이온인 염분의 농도가 높게 되면 다가 이온의 농축효율이 떨어지는 문제점이 있다.When the mineral brine shared by the monovalent ions and the polyvalent ions is repeatedly concentrated by nanofiltration, comparing the case of Example 1 and Example 2 described above, when the concentration is repeated, the polyvalent ions are concentrated more than the monovalent ions. However, salts (NaCl), which are monovalent ions, are also concentrated, and when the concentration of salts, which are monovalent ions, is high, there is a problem that the concentration efficiency of polyvalent ions is lowered.
그리고 미네랄염수 중에서 1가 이온인 염분의 농도가 높아지면 분리효율을 향상하기 위해서는 운전압력을 높게 하여야 하지만, 나노여과는 상한 운전압력을 30㎏/㎠ 이상에서 운전은 무리이기 때문에 단순히 압력조건의 변화만으로는 미네랄성분을 효율적으로 농축하는 것은 불가능하다. In addition, when the concentration of salts of monovalent ions in mineral salts increases, the operating pressure must be increased to improve the separation efficiency.However, nanofiltration simply changes the pressure conditions because it is impossible to operate the upper operating pressure above 30㎏ / ㎠. It is not possible to efficiently concentrate minerals alone.
그래서 제3나노여과공정에서는 제2나노여과공정에서 농축된 미네랄염수에 제1역삼투여과공정의 탈염수를 1∼2배 주입하여 희석한 다음, 운전압력을 20∼30㎏/㎠으로 여과막에 공급하여 여과수인 염수는 소금제조공정으로 보내고, 농축된 미네랄염수는 제1전기투석공정의 미네랄염수 저장조(13)로 보낸다.Thus, in the third nanofiltration process, 1 to 2 times the demineralized water of the first reverse osmosis process is diluted with mineral brine concentrated in the second nanofiltration process, and then the operating pressure is supplied to the filtration membrane at 20 to 30 kg / ㎠. The brine, which is filtered water, is sent to the salt production process, and the concentrated mineral brine is sent to the mineral
미네랄성분의 농축효율을 향상하기 위해서 탈염수의 희석배율을 2배 이상으로 하면 여과수 중의 염분의 농도가 낮아 소금제조공정에서 농축비용이 높아 경제성이 없으며, 또한 탈염수를 과량사용하면 음료수생산량을 감소하기 때문에 이 역시 경제적인 문제가 있으므로 희석배율은 2배 이하로 사용하는 것이 바람직하다.If the dilution ratio of the demineralized water is more than 2 times to improve the concentration efficiency of mineral components, the concentration of salt in the filtered water is low, so the concentration cost is high in the salt manufacturing process, and there is no economical effect. This is also an economic problem, it is preferable to use a dilution factor of 2 or less.
그리고 염분과 미네랄성분의 농축효율이 다소 떨어지더라도 시설투자비를 절감하고자 할 때는 제3나노여과공정은 생략하고, 제2나노여과공정에서 농축된 미네랄염수를 제1전기투석공정의 미네랄염수 저장조(13)로 보낸다.In addition, if the concentration efficiency of salts and minerals decreases slightly, in order to reduce the facility investment cost, the third nanofiltration process is omitted, and the mineral salt storage tank of the first electrodialysis process is replaced with the mineral brine concentrated in the second nanofiltration process (13 Send to).
[실시 예4]Example 4
실시 예3의 제2나노여과공정에서 농축된 미네랄염수에 제1역삼투여과공정에서 배출되는 탈염수를 동일비율(1 : 1의 비율)로 혼합하여 희석한 것을 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 SU-210 여과막을 사용한 나노여과공정에 28㎏/㎠G의 압력으로 여과막에 공급하였을 때 여과수와 여과되지 않고 농축된 미네랄염수의 중 요성분 분석치는 다음 표8의 내용과 같다. SU of Japan Toray Co., Ltd. was diluted by mixing and diluting the demineralized water discharged from the first reverse osmosis filtration process with the same ratio (1: 1 ratio) to the mineral brine concentrated in the second nanofiltration process of Example 3. When the nanofiltration process using the -210 filter membrane was supplied to the filter membrane at a pressure of 28㎏ / ㎠G, the analysis of the important components of the filtered water and the unconcentrated mineral brine was as shown in Table 8.
이때 막 투과수량은 1.27㎥/㎡·일 로 여과수의 유량은 유입유량의 84%이었으며, 농축수의 유량은 16%이었다. At this time, the membrane permeated water was 1.27
표8 제3나노여과공정에서 여과수인 염수와 여과되지 않고 농축된 미네랄수의 중요성분 분석치Table 8 Analysis of Significant Values of Brine and Filtrate Concentrated Mineral Water in the Third Nanofiltration Process
표8의 내용에서 보는 봐와 같이 제3나노여과공정에서는 1가 이온인 Na+는 80%, K+는 78%, Cl-은 76%이상 막을 투과하였으나, 반면에 2가 이온인 칼슘 이온(Ca2 +)은 23%, 마그네슘(Mg2 +)은 18%, 황산이온(SO4 2 -)은 12%가 투과되면서 여과되지 않고 농축된 미네랄수 쪽에서는 2가 이온의 농도가 실시 예2에 비해서 Ca2 +는 2.4배, Mg2 +는 2.56배 농축되었는데, 반면에 1가 이온은 Na+는 1.6배 감소하였다. As shown in Table 8, in the third nanofiltration process, more than 80% of monovalent ions such as Na + , 78% of K + , and 76% of Cl − penetrated the membrane, whereas calcium ions of divalent ions ( Ca 2 +) was 23%, a magnesium (Mg 2 +) and 18% sulfuric acid ion (SO 4 2 -) is a mineral side it concentrate not filtered, while 12% of the
전술한 바와 같이 1가 이온과 다가 이온이 공존하는 경우 나노여과에 의해서 분리하는 경우 1가 이온의 농도가 높아 지면 희석수로 희석하여 농축분리하는 것이 분리효율을 향상하게 되는 것을 본 실시 예에서 확인되었다.As described above, in the present embodiment, when monovalent ions and polyvalent ions coexist, separation by nanofiltration increases the concentration of monovalent ions and dilutes with dilute water to concentrate the separation to improve the separation efficiency. It became.
Ⅲ. 전기투석처리에 의한 염분 및 황산이온제거와 미네랄성분의 농축단계III. Salt and Sulfate Ion Removal and Mineral Concentration by Electrodialysis
전기투석에 의한 미네랄염수의 처리는 상술한 제1나노여과공정, 제1역삼투여과공정과 제2 및 제3 나노여과공정에서 처리되어 배출되는 농축 미네랄염수를 보다 고도로 염분 및 황산이온을 제거하면서 농축된 미네랄수를 제조하는 것이 목적이다.Treatment of mineral brine by electrodialysis concentrates the concentrated brine discharged from the first nanofiltration process, the first reverse osmosis process, and the second and third nanofiltration processes while removing salt and sulfate ions to a higher degree. The purpose is to prepare purified mineral water.
해양 심층수로부터 음료수와 소금을 제조하지 않고, 미네랄조정제를 제조하는 경우는 제1나노여과공정, 제1역삼투여과공정, 제2 및 제3나노여과공정을 생략하고, 전처리여과공정에서 여과처리된 해양 심층수를 제1전기투석공정의 미네랄염수 저장조(13)에 공급한다.In the case of preparing mineral modifiers without preparing the water and salt from deep sea water, the first nanofiltration process, the first reverse osmosis process, and the second and third nanofiltration processes are omitted, and the filtered water in the pretreatment process Deep water is supplied to the mineral
1. 제1전기투석공정1. First electrodialysis process
제1전기투석공정의 양이온교환격막은 1가 양이온만 선택적으로 투과하는 1가 양이온선택교환격막(21)과 음이온교환격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적(交互的)으로 다단을 설치한 제1전기투석장치(15)에 의해서 미네랄염수 중에 함유되어 있는 염분(NaCl)의 농도를 낮추는 것이 목적이다. The
제1전기투석장치(電氣透析裝置: 15)는 정류기로부터 직류전류를 인가(印加)하면 전기영동(Electrophoresis)에 의해 전위차(電位差)를 구동력(Driving force) 으로 하여 이온성 용질이 막을 투과하여 분리되는 것으로, 1가 양이온선택교환격막(21)은 고정부전하(固定負電荷)를 가지는 1가 양이온만을 선택적으로 투과하고, 1가 음이온선택교환격막(20)은 고정정전하(固定正電荷)를 가지는 1가 음이온만을 선택적으로 투과하는 격막을 사용하여 미네랄수에 함유된 1가 이온인 염분을 다가 이온인 미네랄성분과 분리한다.The first electrodialysis apparatus (15) is applied with a direct current from a rectifier, and the ionic solute penetrates the membrane by means of electrophoresis as a driving force by electrophoresis. The monovalent cation
제2나노여과공정과 제3나노여과공정에서 배출되는 농축된 미네랄염수가 미네랄염수 저장조(13)에 공급되면 미네랄염수 이송펌프(14)에 의해서 1가 양이온선택교환격막(21)과 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적(交互的)으로 다단(多段)을 설치한 제1전기투석장치(15)의 탈염실(24)에 공급하여 미네랄염수 저장조(13)로 반송하고, 제1순환염수 저장조(28)의 염수를 제1염수 순환펌프(29)에 의해서 염농축실(25)에 공급하여 제1순환 염수 저장조(28)로 순환하면서 정류기로부터 직류전기를 인가하면 탈염실(24)의 미네랄염수에 함유되어 있는 양이온은 전기적인 인력에 의해서 음극(17) 쪽의 1가 양이온(Na+, K+ 등)만 1가 양이온선택교환격막(21)을 선택적으로 투과하여 염농축실(25)로 이동하게 되며, 음이온은 양극(16) 쪽의 1가 음이온선택교환격막(20)을 1가 음이온(Cl-, Br- 등)만 선택적으로 투과하여 염농축실(25)로 이동하게 되어 미네랄염수 라인의 전기전도율지시제어기(ECIS: Electric conductivity indicating switch)의 전기전도율이 6∼15㎳/㎝ 범위가 되면 솔레노이드밸브(Solenoid valve; ⓢ)를 작동하여 미네랄수 저장조(30)로 보내고, 제1순환 염수 저장조(28)의 보메도 비중이 12∼18°Be범위로 농 축된 염수는 보메도 비중계(BIS; Baume indicating switch)로 솔레노이드 밸브(ⓢ)를 작동하여 소금제조공정의 염수 저장조(46)로 보낸다.When the concentrated mineral brine discharged from the second nanofiltration process and the third nanofiltration process is supplied to the mineral
그리고 제1순환 염수 저장조(28)의 수위가 떨어지면 음용수제조공정의 탈염수나 해양 심층수를 용수로 제1순환 염수 저장조(28)에 설치된 수위 제어기(Level switch; LS)로 솔레노이드밸브(ⓢ)를 작동하여 공급한다.When the water level of the first
제1전기투석장치(15)는 처리성능을 높이기 위해서는 전류밀도(電流密度)를 한계전류밀도(限界電流密度) 이하의 범위에서 가능한 한 크게 하는 것이 바람직 하지만, 한계전류밀도는 염류농도에 비례하며, 확산층(擴散層)의 두께에 반비례하므로, 확산층의 두께가 일정한 경우, 배수(排水)되는 미네랄수 중의 염 농도와 염수의 농도에 의해 좌우되므로, 본 발명에서는 1가 양이온선택교환격막(21)과 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교대로 배열한 탈염실(24)과 염농축실(25)로 형성된 제1전기투석장치(15)에 제2나노여과공정이나 제3나노여과공정에서 배출되는 농축된 미네랄염수를 미네랄염수 이송펌프(14)로 탈염실(24)에 보내어 탈염처리 후 일부는 미네랄염수 저장조(13)로 순환하며, 제1순환 염수 저장조(28)의 염수는 제1염수 순환펌프(29)에 의해서 염농축실(25)로 보내어 제1순환 염수 저장조(28)로 순환하여 탈염 및 염 농축효율을 향상하면서 염농축실(25)에서 스케일성분이 생성되지 않도록 염농축실(25)에 통수하는 염수를 다량으로 공급하면, 스케일 트러블(Scale trouble )을 방지할 수 있으며, 염농축실(25)에 염 농도가 높은 염수를 공급하므로 전류의 액저항(液抵抗)이 적게 되어 한계전류밀도를 높일 수 있으므로, 제1전기투석장치(15)의 처리성능을 향상시킬 수 있다.In order for the
제1전기투석장치(15)에서 한계전류밀도를 높게 하여 통전량(通電量)을 크게 하므로 전기투석효율을 향상하면서 스케일 트러블을 억제하기 위해서는 탈염실(24)에 공급하는 유량은 막면선속도(膜面線速度)가 5~20㎝/초 범위가 되게 탈염된 미네랄수를 마네랄 염수 저장조(13)로 반송하며, 염농축실(25)에 공급하는 염수의 유량은 막면선속도가 2~5㎝/초 범위가 유지되도록 염수를 제1순환 염수 저장조(28)로 반송한다.In the
음료수나 소금을 생산하지 않은 경우에는 제2나노여과공정과 제3나노여과공정에서 배출되는 농축된 미네랄염수가 공급되지 않기 때문에 전처리여과공정에서 부유고형물질을 제거한 미네랄염수인 해양 심층수를 미네랄염수 저장조(13)에 공급하여 상술한 내용에와 같이 동일하게 처리를 한다.In the case of not producing beverages or salts, the concentrated mineral salts discharged from the second and third nanofiltration processes are not supplied. It supplies to (13) and processes it similarly to the above-mentioned content.
본 발명에서 사용하는 1가 양이온선택교환격막(21)은 2가 이상 다가(多價) 의 양이온투과는 억제하면서 1가 양이온만을 선택적으로 투과하는 교환 막으로, 폴리스티렌-디비닐 벤젠(Polystyrene-divinylbenzene)계의 주 사슬(主鎖: Main chain)에 부전하(負電荷) R-SO3 -를 고정하고 있는 부하전막(負荷電膜)에 측쇄(側鎖: side chain)와 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine) 또는 폴리비닐 피리딘(Polyvinylpyridine) 등의 그래프트 폴리머(Graft polymer)나 주 사슬이 폴리에틸렌이민 또는 폴리비닐 피리딘으로 된 측쇄가 폴리스티렌인 그래프트 폴리머로 막 표면을 수식(修飾)처리된 이온교환막으로, 그래프트 폴리머의 주 사슬이 양이온교환격막의 주 사슬 또는 측쇄와 동일한 분자구조를 하고 있는 것이면 제한 없이 사 용할 수 있으며, 바람직하게는, 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리염화비닐(Polyvinylchlorde), 폴리스티렌(polystyrene) 등에 부전하 R-SO3 -를 고정한 양이온교환격막으로 구성된 고분자분자구조를 가진 주 사슬 혹은 측쇄(側鎖)에 1가 양이온만 투과능(透過能)을 가지는 분자구조인 폴리비닐 피리딘(Polyvinylpyridine), 폴리비닐 아민(Polyethyleneamine) 또는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine) 막과 같은 양이온선택교환격막을 사용할 수 있으며, 특히, 폴리스티렌-디비닐벤젠계의 폴리스티렌-그래프트-에틸렌 이민이 가장 바람직하게 사용할 수 있다.The monovalent cation
그리고 1가 음이온선택교환격막(20)은 1가 양이온선택교환격막(21)과는 반대로 1가 음이온만 선택적으로 교환할 수 있는 막으로는 기재(基材)의 폴리머 사슬(Polymer chain)에 1급으로부터 3급의 아민(Amine)이나 암모늄기를 막에 고정하여 아미노화(Amination)하여 양이온을 도입한 정하전막(正荷電膜)의 표면에 1가 음이온을 선택적으로 투과하도록 막 표면을 수식(修飾)처리한 막으로, 이온교환기가 지방족 탄화수소(脂肪族炭化水素)에 의해서 가교(架橋) 되어 있어 막표면부(膜表面部)에는 양이온 교환기를 가지는 고분자물질의 박층(薄層)이 형성되고 있는 음이온교환격막으로, 교환기의 도입 모노머(Monomer; 單位體)에 지방족 탄화수소로 가교와 동시에 4급화를 실시한 것이 좋으며, 양이온교환기를 가지는 고분자물질로서는 양이온교환기를 가지는 고분자 전해질 및 선상고분자전해질(線狀高分子電解質)이나 양이온교환기를 가지는 불용성 고분자 등으로, 구체적으로 리그닌설폰산 염(Ligninsulfonate)과 같은 설폰산염(Sulfonate), 고급 알코올 인산에스테르와 같은 인산에스테르염 등에서 분자량 500 이상의 양이온교환기를 가지는 고분자 전해질, 메타 아크릴산(methacrylic acid), 스틸렌설폰산(Styrene sulfonic acid)과 같은 카르본산기(-COOH)나 설폰산기(-SO3H)를 가지는 단량체(單量體) 유닛(Unit)을 다수개(多數個) 포함한 선상고분자 전해질, 양이온교환기를 포함한 페놀류와 알데히드류를 축합(縮合)시킨 것과 같은 양이온교환기를 가지는 불용성 고분자 등으로 1가 음이온만을 선택적으로 교환하는 막을 사용한다.The monovalent anion
제1전기투석장치(15)의 양극실(18)의 양극(16)은 내식성(耐蝕性) 재질이면서 염소 및 산소 발생과전압(發生過電壓)이 높은 티타늄 판(Titanium plate)에 TiO2-RuO2를 코팅(Coating)한 DSA(Dimensionally stable anode)전극이나 백금도금 전극을 사용하여 음극실(19)을 통과한 용액을 주입하여 양극(16) 표면에서 염소 및 산소의 발생을 억제하도록 하며, 음극(17)은 수소발생과전압(水素發生過電壓)이 높은 랜니 니켈(Ranney nickel)이나 스테인리스 스틸(Stainless steel) 강판을 사용하고, 음극실(19)에 가장 인접한 양이온교환격막은 수소이온 난투과성막(難透過性膜)이나 1가 음이온선택교환격막(20)을 사용하여 음극(17) 표면에서의 수소이온의 발생량을 저감도록하여 전력효율의 향상과 악취발생이 감소 되도록 하는 것이 좋다.The
그리고 염농축실(25)에서 스케일이 부착하여 처리효율을 저하할 때를 대비하여 정류기에는 극성전환장치(極性轉換裝置)를 설치하여 양극(16)과 음극(17)의 전원을 전환하여 부착된 스케일이 탈리(脫離) 되도록 한다.In case the scale is attached in the
전극실의 전해질 용액은 음극실(19)로 공급하여 배출되는 전해질 용액을 양극실(18)에 공급하며, 음극실(19)에 공급하는 전해질 용액(음극실 용액)은 해수(해양 심층수)를 이용할 수도 있으나, 3∼10wt%의 Na2SO4 수용액을 사용하는 것이 전극의 부식 및 양극(16)에서 염소(Cl2)가스발생을 억제할 수 있다. The electrolyte solution of the electrode chamber is supplied to the
[실시 예5]Example 5
유효통전면적(有效通電面積)이 236 mm(세로)×220 mm(가로)의 두께 0. 2 mm인 양이온교환격막은 1가 양이온만 선택적으로 투과하는 1가 양이온선택교환격막(21; Aciplex(등록상표) K-102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)과 음이온교환격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20; Aciplex A-102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)을 각각 50매를 티타늄 판에 RuO2-TiO2를 코팅한 DSA전극인 양극(16)과 스테인리스강전극인 음극(17) 사이에 도5와 같이 교호적으로 다단(50단)을 설치한 제1전기투석장치(15)의 탈염실(24)로 50ℓ의 미네랄염수 저장조(13)에 실시 예4의 제3나노여과공정에서 여과되지 않고 농축된 26℃의 미네랄염수를 공급한 다음, 다이어프램(Diaphragm)형 정량펌프인 미네랄염수 이송펌프(14)로 막면선속도(膜面線速度)가 10㎝/초가 되게 탈염실(24)에 공급하여 미네랄염수 저장조(13)로 순환하고, 20ℓ의 제1순환염수 저장조(28)의 염수를 다이어프램형 정량펌프인 제1염수 순환펌프(14)로 막면선속도가 3㎝/초가 되게 염농축실(25)에 공급하여 제1순환염수 저장조(28)로 순환하면서, 정류기로부터 직류전기를 전류밀도가 3∼4A/dm2로 인가하여(이때 인가전압은 55∼60V이었다.) 미네랄염수 순환라인의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도도 값이 10∼12㎳/㎝로 탈염처리하였을 때 탈염된 미네랄수의 중요성분 분석치는 다음 표9의 내용과 같다. The cation exchange diaphragm having an effective conduction area of 236 mm (length) x 220 mm (width) of 0.2 mm has a monovalent cation
이때 제1순환염수 저장조의 염수의 비중은 12°Be조정하였으며, 음극실 용액은 5wt%의 Na2SO4수용액을 50㏄/min로 음극실(19) 하부로 공급하여 상부로 배출되는 것을 양극실(18) 하부로 공급하였다.At this time, the specific gravity of the brine in the first circulating brine storage tank was adjusted by 12 ° Be, the cathode chamber solution is discharged to the upper portion by supplying 5wt% Na 2 SO 4 aqueous solution to the lower portion of the
표9 제1전기투석공정에서 배출되는 탈염된 미네랄수의 중요성분 분석치Table 9 Analysis of Significant Values of Demineralized Mineral Water Emitted from the First Electrodialysis Process
2. 제2전기투석공정2. Second Electrodialysis Process
제2전기투석공정에서는 황산이온의 제거와 미네랄성분을 농축하는 것이 목적이다. In the second electrodialysis step, the purpose is to remove sulfate ions and to concentrate mineral components.
제2전기투석장치(32)는 양이온교환격막은 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막(22)과 음이온교환격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적(交互的)으로 다단을 설치한 전기투석장치를 적용한다.The
제1전기투석공정에서 미네랄염수 중에서 염분이 제거된 미네랄수가 미네랄수 저장조(30)에 공급되면 미네랄수 이송펌프(31)에 의해서 모든 양이온을 투과할 수 있는 양이온교환격막(22)과 1가 이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 다단을 설치한 제2전기투석장치(32)에 정류기로부터 양극(16)과 음극(17)에 직류전류를 인가하면서 탈미네랄실(26)로 공급하여 미네랄수 저장조(30)로 순환하고, 농축 미네랄순환수 저장조(33)의 농축 미네랄수를 농축 미네랄수 순환펌프(34)로 미네랄농축실(27)에 공급하여 농축 미네랄순환수 저장조(33)로 순환하면, 탈미네랄실(26)의 모든 양이온(미네랄성분)은 음극(17) 쪽의 양이온교환격막(22)을 투과하여 미네랄농축실(27)로 이동하게 되며, 음이온은 1가 이온(Cl-, Br- 등)만 양극(16) 쪽의 1가 음이온선택교환격막(20)을 투과하여 미네랄농축실(27)로 이동하게 되어 미네랄수 라인의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도율이 400∼1,000㎲/㎝ 범위가 되면 솔레노이드밸브(ⓢ)를 작동하여 음료수제조공정으로 보내고, 농축 미네랄순환수 저장조(33)의 농축 미네랄수의 보메도 비중이 26∼33°Be범위로 농축되면 보메도비중지시제어기(BIS)로 솔레노이드 밸브(ⓢ)를 작동하여 제3전기투석공정의 농축 미네랄수 저장조(35)로 보낸다.In the first electrodialysis process, when the mineral water from which salts are removed from the mineral brine is supplied to the mineral
제1전기투석공정에서는 제2나노여과공정과 제3나노여과공정에서 농축된 미네랄염수를 공급받아 탈염처리를 하는 경우에는 농도가 높기 때문에 전기전도율이 좋아 제1전기투석공정에서 충분한 탈염처리가 되므로 제3전기투석공정의 농축 미네랄수 저장조(35)로 보내어 더 이상 탈염처리를 할 필요가 없음으로 제3전기투석공정의 탈염처리공정을 생략하고, 첨가제혼합공정의 첨가제 혼합기(40)로 보낸다. In the first electrodialysis process, when the desalination treatment is carried out by supplying the concentrated mineral brine in the second nanofiltration process and the third nanofiltration process, since the concentration is high, the electrical conductivity is good, and thus the sufficient desalination treatment is performed in the first electrodialysis process. It is sent to the concentrated mineral
제2전기투석장치(32)에 사용하는 양이온교환격막(22)은 폴리스티렌-디비닐 벤젠(Polystyrene-divinylbenzene)계의 주사슬(主鎖; Main chain)에 부전하(負電荷) R-SO3 -를 고정하고 있는 부하전막(負荷電膜)으로 막 표면에 1가 양이온만을 선택적으로 투과시키기 위해 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)과 같은 양이온성 고분자 전해질을 박층상(薄層狀)으로 부착(Coating) 또는 결합하여 수식(修飾)처리를 하지 않은 양이온교환격막을 사용하여, 모든 양이온을 투과할 수 있는 막을 사용한다.The
음이온교환격막은 제1전기투석장치(15)의 음이온교환격막과 동일한 1가 음이온선택교환격막(20)을 사용한다. The anion exchange diaphragm uses the same monovalent anion
제2전기투석장치(32)에서 양극(17)과 음극(17)은 제1전기투석장치(15)과 도일한 것을 사용한다. In the
[실시 예6]Example 6
제2전기투석장치(31)는 실시 예5의 제1전기투석장치(15)에서 양이온교환격막을 막 표면을 수식(修飾)처리를 하지 않은 모든 양이온을 투과할 수 있는 양이온교환격막(22)을 사용한 것 이외는 동일한 사양(仕樣)의 전기투석장치로 실험을 하였다.The
유효통전면적이 236 mm(세로)×220 mm(가로)의 두께 0. 2 mm인 양이온교환격막은 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막(22; Aciplex(등록상표) K-101, 일본 旭化成工業株式會社 제품)과 음이온교환격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20; Aciplex A-102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)을 각각 50매를 티타늄 판에 RuO2-TiO2를 코팅한 DSA인 양극(16)과 스테인리스강의 음극(17) 사이에 도6과 같이 교호적으로 다단(50단)을 설치한 제2전기투석장치(32)의 탈미네랄실(26)로 50ℓ의 미네랄수 저장조(30)에 실시 예5에서 탈염처리한 26℃의 미네랄수를 공급한 다음, 다이어프램형 정량펌프인 미네랄수 이송펌프(31)로 막면선속도(膜面線速度)가 10㎝/초가 되게 탈미네랄실(26)에 공급하여 미네랄수 저장조(30)로 순환하고, 20ℓ의 농축 미네랄순환수 저장조(33)의 농축 미네랄수를 다이어프램형 정량펌프인 농축 미네랄수 순환펌프(34)로 막면선속도가 3㎝/초가 되게 미네랄농축실(27)에 공급하여 농축 미네랄순환수 저장조(33)로 순환하면서, 정류기로부터 직류전기를 전류밀도가 3∼5A/dm2로 인가하여(이때 인가전압은 45∼52V 이었다.) 미네랄수 순환라인의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도도 값이 600∼650㎲/㎝ 범위로 조정하여 황산이온 함유수를 방류처리 하면서 농축 미네랄 순환수 저장조(32)의 보메도 비중이 31∼32°Be로 농축된 미네랄수의 중요성분 분석치는 다음 표10의 내용과 같다. The cation exchange diaphragm having an effective conduction area of 236 mm (length) x 220 mm (width) of 0.2 mm has a cation exchange diaphragm (22; Aciplex® K-101, Japan). Products) and 50 anion exchange membranes (20; Aciplex A-102, manufactured by Nippon Chemical Co., Ltd., Japan) which selectively transmits only monovalent anions. RuO 2 -TiO 2 50 L of the
이때도 음극실 용액은 5wt%의 Na2SO4수용액을 50㏄/min로 음극실(19) 하부로 공급하여 상부로 배출되는 것을 양극실(18) 하부로 공급하였다.In this case, the cathode chamber solution was supplied with a 5 wt% Na 2 SO 4 aqueous solution at 50 kV / min to the lower portion of the
표10 제2전기투석공정에서 농축된 농축 미네랄수의 중요성분 분석치Table 10 Analysis of Significant Values of Concentrated Mineral Water Concentrated in Second Electrodialysis Process
3. 제3전기투석공정3. The third electrodialysis process
제3전기투석공정은 제1전기투석공정에서와 같이 양이온교환격막은 1가 양이온만 선택적으로 투과하는 1가 양이온선택교환격막(21)과 음이온교환격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적(交互的)으로 다단을 설치한 제1전기투석장치(15)와 동일한 전기투장치로 염분(NaCl)의 농도를 고도로 제거하는 것이 목적이다.In the third electrodialysis process, as in the first electrodialysis process, the monovalent cation
제1전기투석공정에 전처리여과된 해양 심층수와 같이 농도가 낮은 미네랄염수가 유입되는 경우에는 탈염처리가 되면서 전기전도율이 떨어져 탈염효율이 떨어지게 되며, 만약 염 농도가 떨어져 인가전압을 높게 하면 액 저항이 커지게 되어 온도가 상승하게 되므로, 제1전기투석공정에 전처리여과된 해양 심층수와 같이 농도가 낮은 미네랄염수가 유입되는 경우에는 탈염처리의 한계가 있기 때문에 제2전기투석공정에서 농축처리를 한 다음, 다시 탈염처리를 하여야만 미네랄염수 중에서 염분을 고도로 처리를 할 수 있다.When mineral salts with low concentration, such as deep sea water pre-filtered, are introduced into the first electrodialysis process, desalination treatment results in lower electrical conductivity and lower desalination efficiency. As the temperature increases and the temperature rises, the concentration of mineral salts with low concentration, such as deep sea water pre-filtered in the first electrodialysis process, is limited to desalination. Only after desalting can the salt be treated highly in mineral brine.
제2전기투석장치(32)에서 농축된 농축 미네랄수가 농축 미네랄수 저장조(35)에 유입되면 농축 미네랄수 이송펌프(36)에 의해서 제3전기투석장치(37)의 탈염 실(24)로 보내어 농축 미네랄수 저장조(35)로 순환하면서, 제2순환 염수 저장조(38)의 염수는 제2염수 순환펌프(39)에 의해서 염농축실(25)로 내어 제2순환 염수 저장조(38)로 순환하면서 정류기로부터 직류전류를 양극(16)과 음극(17)에 인가하면 탈염실(24)의 1가 양이온(Na+, K+)은 음극(17) 쪽의 1가 양이온선택교환격막(21)을 투과하여 염농축실(25)로 이동하게 되며, 1가 음이온(Cl-, Br-)은 양극(16) 쪽의 1가 음이온선택교환격막(20)을 투과하여 염농축실(25)로 이동하게 되어 탈염실(24)의 미네랄수에 함유된 염분이 제거되어 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도율이 0.4∼3㎳/㎝ 범위로 염분이 제거되면 솔레노이드밸브(ⓢ)를 작동하여 염분 및 황산이온이 제거된 농축 미네랄수는 첨가제 혼합기(40)로 보내며, 제2순환 염수 저장조(38)의 염수는 보메도비중지시제어기(BIS)의 보메도 비중이 12∼18°Be범위로 조정하면서 솔레노이드 밸브(ⓢ)를 작동하여 소금제조공정으로 보낸다.When the concentrated mineral water concentrated in the
제3전기투석장치(37)에 사용하는 1가 양이온선택교환격막(21), 1가 음이온선택교환격막(20), 양극(16), 음극(17)과 기타 모든 구조는 제1전기투석장치(15)와 동일하다.The monovalent cation
제1전기투석공정에서 제2나노여과공정과 제3나노여과공정에서 농축된 미네랄염수를 공급받아 탈염처리를 하는 경우에는 염류의 농도가 높기 때문에 전기전도율이 좋아 제1전기투석공정에서 상당한 탈염처리가 되므로 탈염처리효율이 다소 떨어지더라도 시설비를 절감하기 위해서는 제3전기투석공정을 생략하고, 제2전기투석공 정에서 농축된 농축 미네랄수를 첨가제혼합공정의 첨가제 혼합기(40)로 보낸다. When the desalination treatment is carried out by receiving concentrated mineral brine in the 2nd nanofiltration process and the 3rd nanofiltration process in the first electrodialysis process, the conductivity is good because the salt concentration is high. Therefore, even if the desalination efficiency is slightly reduced, in order to reduce the facility cost, the third electrodialysis process is omitted, and the concentrated mineral water concentrated in the second electrodialysis process is sent to the
그리고 농작물에 엽면시비용(葉面施肥用) 액비나 퇴비제조공정에 미네랄조정제로 사용하는 경우는 칼슘제와 첨가제를 첨가하여 미네랄밸런스의 조정과 착화합물의 생성이 필요 없기 때문에 후술하는 첨가제혼합공정을 생략하고, 제3전기투석공정에서 생산되는 염분 및 황산이온이 제거된 농축 미네랄수를 조(粗) 미네랄조정제로 사용한다. In addition, when used as a mineral modifier in the foliar fertilizer or compost manufacturing process in crops, the additive mixing process described later is omitted since the addition of calcium and additives does not require the adjustment of mineral balance and formation of complex compounds. The concentrated mineral water from which the salt and the sulfate ion are removed in the third electrodialysis process is used as a crude mineral regulator.
[실시 예7]Example 7
제3전기투석장치(37)는 실시 예5의 제1전기투석장치(15)와 모든 사양조건이 동일한 전기투석장치로 실험을 하였다.The
유효통전면적이 236 mm(세로)×220 mm(가로)의 두께 0. 2 mm인 양이온교환격막은 1가 양이온만 선택적으로 투과하는 1가 양이온선택교환격막(21; Aciplex K-102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)과 음이온교환격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20; Aciplex A-102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)을 각각 50매를 양극(16)은 티타늄 판에 RuO2-TiO2를 코팅한 DSA전극과 음극(17)은 스테인리스강전극 사이에 도7과 같이 교호적으로 다단(50단)을 설치한 제3전기투석장치(37)의 탈염실(24)로 50ℓ의 농축 미네랄수 저장조(35)에 실시 예6의 제2전기투석공정에서 농축된 26℃의 농축 미네랄수를 공급한 다음, 다이어프램형 정량펌프인 농축 미네랄수 이송펌프(36)로 막면선속도가 10㎝/초가 되게 탈염실(24)에 공급하여 농축 미네랄수 저장조(35)로 순환하고, 20ℓ의 제2순환염수 저 장조(38)의 염수를 다이어프램형 정량펌프인 제2염수 순환펌프(39)로 막면선속도가 3㎝/초가 되게 염농축실(25)에 공급하여 제2순환염수 저장조(38)로 순환하면서, 정류기로부터 직류전기를 전류밀도가 4∼5A/dm2로 인가하여(이때 인가전압은 38∼42V이었다.) 농축 미네랄수 순환라인의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도도 값이 5∼6㎳/㎝로 탈염처리가 되었을 때 탈염된 농축미네랄수의 중요성분 분석치는 다음 표10의 내용과 같다. The cation exchange diaphragm having an effective conduction area of 236 mm (length) x 220 mm (width) of 0.2 mm has a monovalent cation selective exchange diaphragm (21; Aciplex K-102, Japan) that selectively permeates only monovalent cations. Manufactured by Kogyo Co., Ltd.) and the anion exchange diaphragm were 50 sheets of monovalent anion selective exchange diaphragm (20; Aciplex A-102, manufactured by Nippon Chemical Co., Ltd., Japan) which selectively permeate only monovalent anions. The DSA electrode coated with RuO 2 -TiO 2 on the plate and the
이때 제2순환염수 저장조(38)의 염수의 비중은 12°Be조정하였으며, 음극실 용액은 5wt%의 Na2SO4수용액을 50㏄/min로 음극실(19) 하부로 공급하여 상부로 배출되는 것을 양극실(18) 하부로 공급하였다.At this time, the specific gravity of the brine in the second circulating
표10 제3전기투석공정에서 배출되는 탈염된 미네랄수의 중요성분 분석치Table 10 Analysis of Significant Values of Demineralized Mineral Water Emitted from the Third Electrodialysis Process
※주) 염분 및 황산이온이 제거된 농축미네랄수의 TDS(Total disolved solid)는 583,230㎎/ℓ이었다. ※ Note: The total disolved solid (TDS) of concentrated mineral water without salt and sulfate ions was 583,230 mg / l.
Ⅳ, 미네랄조정제를 제조하는 단계Ⅳ, step of preparing a mineral regulator
염분 및 황산이온이 제거된 농축 미네랄수가 첨가제 혼합기(40)에 공급되면 칼슘제와 첨가제를 공급하여 보일러(Boiler)로부터 열원을 공급하여 온도지시제어기(TIC; Temperature indicating controller)로 40∼80℃로 가열하면서 교반기(41)로 교반하여 칼슘제와 첨가제를 용해하여 미네랄성분과 반응케 한 다음, 냉각기(45)로 보내어 상온으로 냉각하여 액상 미네랄조정제를 제조하며, 고상 미네랄조정제로 제품화하는 경우는 증발공정으로 보내어 수분을 증발하여 고상 미네랄조정제를 제조한다.When the concentrated mineral water from which salt and sulfate ions have been removed is supplied to the
염분 및 황산이온이 제거된 농축 미네랄수가 첨가제 혼합기(40)에 공급되면 칼슘제의 공급량은 Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 주입하여 미네랄밸런스(Mineral balance)를 조정한다.When the concentrated mineral water from which salt and sulfate ions have been removed is supplied to the
주입하는 칼슘제의 종류는 소뼈(牛骨)와 같은 동물의 뼈, 난각(卵殼), 굴 껍질(牡蠣殼) 등의 조개 껍질(貝殼), 산호초(珊瑚礁)와 같이 칼슘성분이 많은 재료를 800∼1,200℃로 소성(燒成)하여 분쇄(分碎)한 분말을 3∼10wt%의 HCl 수용액에 녹여 제조된 염화칼슘(CaCl2), 젖산칼슘(Calcium Lactate), 탄산칼슘(CaCO3), 구연산 칼슘(Calcium Citrate), 글루콘산칼슘(Calcium Gluconate), 글리세로인산칼슘(Calcium Glycerophosphate), 인산 칼슘(Calcium Phosphate), 리그닌술폰산칼슘(Calcium Lignosulfonate), 소르빈산칼슘(Calcium sorbate), 규산칼슘(Calcium silicate), 초산 칼슘(Calcium Acetate), 카르복시메틸셀룰로오스칼슘(Calcium Carboxymethylcellulose), 알긴산 칼슘(Calcium Alginate) 중에서 한 종류 또는 2종류 이상을 혼합한 것을 사용한다.The type of calcium agent to be injected is made of materials containing a lot of calcium, such as bones of animals such as bovine bone, eggshells, shells of oyster shells, and coral reefs. Calcium chloride (CaCl 2 ), Calcium Lactate, Calcium Lactate, Calcium Carbonate (CaCO 3 ), Citric Acid, prepared by dissolving powders calcined at ~ 1,200 ° C and dissolved in 3-10 wt% aqueous HCl solution. Calcium Citrate, Calcium Gluconate, Calcium Glycerophosphate, Calcium Phosphate, Calcium Lignosulfonate, Calcium sorbate, Calcium silicate ), Calcium acetate (Calcium Acetate), calcium carboxymethyl cellulose (Calcium Carboxymethylcellulose), calcium alginate (Calcium Alginate), or a mixture of two or more kinds thereof is used.
첨가제(添加劑)는 식품의 노화 및 변성억제, 교미(矯味) 및 교취(矯臭) 작용, 지질(脂質)의 분해억제, 악취발생억제, 미네랄의 흡수효율의 향상 등의 효과가 있으면서 부작용이 없어야 하며, 음료수에 사용하는 경우는 미네랄성분으로 인한 금속 맛을 마스킹(Masking)하여 맛을 향상하면서 장기간 보존하였을 때 변질 및 변성이 되지 않은 효과가 있는 비환원성이당류(非還元性二糖類; Nonreducing disaccharide)인 자당(蔗糖; Sucrose)이나 트레할로스(Trehalose), 비환원성 당 알코올(Nonreducing sugar alcohol)인 말티톨(Maltitol), 자일리톨(Xylitol), 솔비톨(Sorbitol), 에리쓰리톨(Erythitol), 락티톨(Lactitol), 만니톨(Mannitol) 중에서 한 종류 또는 2종류 이상을 혼합한 것을 총용존고형물량(TDS; Total dissolved solids)의 함량에 중량기준으로 0.01∼0.4배의 비율로 공급한다.Additives should be free from side effects, such as inhibiting aging and denaturation of foods, inhibiting mating and malting, inhibiting decomposition of lipids, suppressing odor, and improving absorption efficiency of minerals. When used in beverages, non-reducing disaccharides, which have the effect of not deteriorating or denatured when they are preserved for a long time while masking the taste of metal due to mineral ingredients, improve taste. Sucrose, Trehalose, Nonreducing Sugar Alcohol Maltitol, Xylitol, Sobitol, Erythitol, Lactitol, One or two or more kinds of mannitol are supplied at a ratio of 0.01 to 0.4 times by weight to the total dissolved solids (TDS) content.
그리고 전술한 첨가제에는 미네랄 염과 착화합물을 생성하는 구연산(Citric acid), 호박산(Succinic acid), 주석산(Tartaric acid), 사과산(Malic acid), 푸마르산(Fumaric acid), 옥살호박산(Oxalsuccinic acid), 젖산(Lactic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 첨가제에 3∼15wt% 범위로 혼합하여 사용할 수도 있다.The above additives include citric acid, succinic acid, tartaric acid, malic acid, fumaric acid, oxaluccinic acid and lactic acid, which produce mineral salts and complexes. One or a mixture of two or more kinds of (lactic acid) may be mixed with the additive in the range of 3 to 15 wt%.
교반은 프로펠러 교반기로 유량(Q)/체적(V)을 1∼5분의 범위에서 교반시간(체류시간) 0.5∼2시간 동안 180∼360RPM으로 교반하여 칼슘제와 첨가제를 용해 반응을 한다.The stirring is performed by dissolving the flow rate (Q) / volume (V) at 180 to 360 RPM for 0.5 to 2 hours at a stirring time (retention time) in the range of 1 to 5 minutes with a propeller stirrer to dissolve and react the calcium agent and the additive.
교반기(41)의 재질은 내염성 재질의 스테인리스강, 티타늄(Titanium), 브론즈(Bronze) 합금 중에서 한 종류를 사용한다.The material of the stirrer 41 uses one kind of salt-resistant stainless steel, titanium, and bronze alloys.
고상 미네랄조정제를 제조하는 경우에는 첨가제 혼합 및 미네랄활성화단계에서 제조된 고온 액상상태의 미네랄조정제를 증발공정으로 보내어 수분을 증발하여 고상의 분말상태의 미네랄조정제를 제조한다. In the case of preparing a solid mineral modifier, a high temperature liquid phase mineral modifier prepared in the additive mixing and mineral activation steps is sent to an evaporation process to evaporate water to prepare a solid phase mineral modifier.
액상상태의 미네랄조정제를 증발하는 방법은 천일염생산에서와 같이 증발지(蒸發池)에서 태양열과 바람에 의해서 수분을 증발하여 석출(析出)된 결정을 열풍 건조하여 분말로 제조하거나, 60∼90℃의 열풍에 의한 분무 건조기(Spray dryer)에 의해서 수분을 증발하여 분말상태의 고상 미네랄조정제를 제조한다.The method of evaporating the mineral conditioner in the liquid state is carried out by evaporation of moisture by solar heat and wind in the evaporation basin as in the salt production of hot water, and dried to produce powder by hot air drying, or 60 to 90 ° C. Water is evaporated by a spray dryer with hot air to prepare a solid mineral conditioner in powder form.
건조공정에서 주의할 사항은 온도를 100℃ 이상에서 수분을 증발하면 열에 약한 성분이 분해될 수 있기 때문에 가능한 90℃ 이하의 60∼90℃온도에서 수분을 증발건조하여야 한다.In the drying process, care should be taken to evaporate and dry the moisture at 60 ~ 90 ℃ below 90 ℃ because the weak components of heat may be decomposed if the water is evaporated above 100 ℃.
[실시 예8]Example 8
제3전기투석공정에서 염분 및 황산이온이 제거된 농축 미네랄수에 20㎏에 굴껍질(蠣房)을 850℃이상에서 배소(焙燒)한 다음, 염산용액에 용해하여 염화칼슘(CaCl2)이 주성분으로 칼슘함량이 35wt%인 칼슘제를 1.4㎏을 첨가하여 Ca/Mg의 중량비를 약 2.5가 되게 첨가한 다음, 자당(蔗糖)을 6㎏와 구연산 0.2㎏을 가하고 60℃에서 1시간 동안 가열 교반반응을 하여 액상의 미네랄조정제를 제조하였다.In the third electrodialysis process, oyster shell was roasted at 20 kg in concentrated mineral water from which salt and sulfate ions were removed, and then dissolved in hydrochloric acid solution. Calcium chloride (CaCl 2 ) was the main component. Then, 1.4 kg of calcium agent having 35 wt% calcium content was added to add a weight ratio of Ca / Mg to about 2.5. Then, 6 kg of sucrose and 0.2 kg of citric acid were added thereto, followed by heating and stirring at 60 ° C. for 1 hour. To prepare a liquid mineral regulator.
Ⅴ. 소금과 간수를 제조하는 단계Ⅴ. Steps to prepare salt and brine
본 발명에서 소금의 제조방법은 해양 심층수에 함유되어 있는 다양한 미네랄 성분의 특성을 십분 발휘하기 위해서 미네랄함량이 높은 소금제조방법을 제시한다.Salt production method in the present invention proposes a salt production method with a high mineral content in order to fully exhibit the characteristics of the various mineral components contained in the deep sea water.
1. 제4전기투석공정1. Fourth electrodialysis process
제4전기투석공정은 양이온교환격막은 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막(22)과 음이온교환격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 다단을 설치한 전기투석장치로서 산미(酸味)를 나게 하여 소금의 맛을 떨어뜨리는 황산이온이 제거되면서 미네랄성분이 다량 함유된 염수로 농축하는 것이 목적이다. In the fourth electrodialysis process, the
염분과 미네랄성분의 농축과 황산이온제거를 위한 제4전기투석장치(48)는 모든 양이온을 투과할 수 있는 양이온교환격막(22)과 음이온교환격막은 1가 음이온만을 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 다단을 설치한 제2전기투석장치(32)와 동일한 전기투석장치를 적용한다.The
제2나노여과공정과 제3나노여과공정에서 염수가 염수 저장조(46)에 공급되면 염수 이송펌프(47)에 의해서 모든 양이온을 투과할 수 있는 양이온교환격막(22)과 1가 이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 다단을 설치한 제4전기투석장치(48)에 정류기로부터 양극(16)과 음극(17)에 직류전류를 인가하면서 탈탈염실(24)로 공급하여 염수 저장조(46)로 순환하고, 제3순환 염수 저장조(49)의 염수를 제3염수 순환펌프(50)로 염농축실(25)에 공급하여 제3순환 염수 저장조(49)로 순환하면, 탈염실(24)의 모든 양이온(염분과 모든 미네랄성분)은 음극(17) 쪽의 양이온교환격막(22)을 투과하여 염농축실(25)로 이동하게 되며, 음이온은 1가 이온(Cl-, Br- 등)만 양극(16) 쪽의 1가 음이온선택교환격막(20)을 투과하여 염농축실(25)로 이동하게 되어 염수의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도율이 2∼12㎳/㎝ 범위로 솔레노이드밸브(ⓢ)를 작동하여 음료수제조공정으로 보내고, 제3순환 염수 저장조(49)의 농축 염수의 보메도 비중이 12∼20°Be범위로 농축되면 보메도비중지시제어기(BIS)로 솔레노이드 밸브(ⓢ)를 작동하여 농축 염수 저장조(51)로 보낸다. When the brine is supplied to the
제4전기투석장치(48)에 사용하는 양이온교환격막(22), 1가 음이온선택교환격막(20), 양극(16), 음극(17)과 모든 구조는 제2전기투석장치(32)와 동일하다.The
본 발명의 소금제조에서는 1차 염수의 농축을 제4전기투석공정에서 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막(22)과 음이온은 1가 음이온만 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 다단을 설치한 전기투석장치를 적용하므로써 탈염실(24)의 염수 중에서 Na+, K+, Ca2 +, Mg2 + , Fe2 +, Fe3+, Zn2 + …과 같은 모든 양이온은 음극(17) 쪽의 염농축실(25)로 이동하게 되며, 음이온은 Cl-, Br-와 같은 1가 음이온만 1가 음이온선택교환격막(20)을 투과하여 양극(16) 쪽의 염농축실(25)로 이동하여 염을 농축분리하므로 염농축실(25)에는 SO4 2 -와 같은 다가(多價)의 음이온은 거의 존재하지 않는다. In the salt production of the present invention, the concentration of the primary brine in the fourth electrodialysis process the
그래서 염수 중에 황산이온이 물에 용해도가 낮은 CaSO4로 존재하던 것이 염농축실(25)의 농축 염수 중에는 황산이온이 거의 존재하지 않기 때문에 다음과 같은 ⑧의 반응에 의해서 용해도가 높은 염화칼슘(CaCl2)의 형태로 존재하게 되어, 본 발명에서 제조된 소금과 간수 중에는 일반 천일염에 비해서 칼슘함량이 높은 특징이 있다.So salt with high solubility, because it was present in the CaSO 4 The sulfate ion has low solubility in water, the salt water does not have a sulfate ion-existent during the concentrated brine of salt concentration chamber (25) by following the ⑧ reaction of (CaCl 2 It is present in the form of), the salt and the brine produced in the present invention is characterized by a high calcium content compared to the general natural salt.
CaSO4 + MgCl2 → CaCl2 + MgSO4 ………………………………⑧CaSO 4 + MgCl 2 → CaCl 2 + MgSO 4 ... … … … … … … … … … … … ⑧
상술한 반응식 ⑧과 같은 반응이 일어나면서 도 17의 "전기투석공정에서 함유염류의 농도변화도"에서와 같이 함수를 농축하면 CaCl2의 함량이 높은 염류로 변화가 일어난다.When the reaction occurs as shown in the above reaction formula (8), and the concentration of the function as shown in the "concentration gradient of the salt contained in the electrodialysis process" of Figure 17, the change occurs to the salt with a high content of CaCl 2 .
상술한 제4전기투석장치(48)의 음이온교환격막을 1가 이온만을 선택적으로 투과하는 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 모든 음이온을 투과하는 음이온교환격막(23)으로 변경하여 사용할 수도 있다.The
제4전기투석장치(48)에서 1가 음이온만 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 사용하는 것은 염수 중에 함유된 황산이온을 배제(排除)하는 것이 목적인데, 생산되는 소금에 황산염이 포함되어 품질이 다소 떨어지더라도 음료수제조에 사용하는 탈염수 중에 황산이온을 고도로 제거코자 하는 경우는 제4전기투석장치(48)의 1가 음이온선택교환격막(20) 대신에 막의 표면을 수식처리를 하지 않은 음이온교환격막인 모든 음이온을 투과하는 음이온교환격막(23)으로 교체하여 사용한다.In the
2. 증발농축 및 결정화공정, 석출된 소금을 탈수 후 건조 - 포장 및 검사단계에 의해서 소금 및 간수를 제조하는 공정2. Process of evaporation and crystallization, dehydration and drying of the precipitated salt-manufacturing salt and water by packing and inspection
증발농축에 의한 소금의 석출은, 하절기(夏節期)에는 도 10과 같이 대기공기에 의해서 수분을 증발하는 공정을 적용하고, 동절기(冬節期)나 우기(雨期)에는 가열공기에 의해서 수분을 증발하는 도 11과 같은 공정을 적용한다.In the precipitation of salt by evaporation concentration, a process of evaporating moisture by atmospheric air is applied to summer in summer, and moisture by heating air in winter or rainy season. The same process as FIG. 11 for evaporating is applied.
⑴. 대기공기로 수분을 증발하여 소금을 석출한 다음, 탈수-건조하여 소금 및 간수를 제조하는 공정도Iii. Process of evaporating water into atmospheric air to precipitate salt and then dehydrating and drying to produce salt and brine
증발농축에 의한 소금의 석출을 대기공기에 의해서 수분을 증발하는 경우는 제1전기투석공정, 제3전기투석공정과 제4전기투석공정에서 보메도 비중이 12∼20°Be 범위로 농축된 농축 염수가 농축 염수 저장조(51)에 공급되면, 농축 염수는 농축 염수 이송펌프(51)로 염석출조(53) 상부를 월류(Over flow)하여 반송농축 염수 저장조(58)에 공급된 농축 염수를 농축 염수 반송펌프(59)에 의해 반송되는 농축 염수와 압축공기를 함께 대기공기에 의한 증발탑(55) 상부로 분무 노즐(56)을 통해 분무하면서 배기 팬 (57)에 의해서 대기공기에 의한 증발탑(55) 하부로부터 대기 중의 건조공기를 흡입하여 농축 염수와 향류접촉(向流接觸)하면서 농축 염수 중의 수분을 증발한 후 염석출조(53)로 떨어져 상부로 월류(越流)하는 월류수는 반송농축 염수 저장조(58)로 보낸 다음, 농축 염수 반송펌프(59)에 의해서 대기공기에 의한 증발탑(55) 상부로 반송하면서 수분이 증발하여 도 13 "35℃에서 해수의 농축 에서 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도"에서 보면 함수(鹹水)의 온도가 35℃에서는 보메도 비중이 25.8°Be가 되면 NaCl이 석출하기 시작하며, 석출된 염(NaCl)이 염석출조(53) 하부로 침전되면 염석출조 레이크(54)에 의해서 염석출조(53) 하부중앙의 콘(Cone) 부분으로 모아서 석출염이송스크루컨베이어(60)에 의해서 탈수공정에 공급하여 탈수여액은 탈수여액 저장조(61)로 보내고, 탈수된 염은 건조공정으로 보내어 건조하여 소금을 제조한다. In the case of evaporation of salt by evaporation, the evaporation of water by atmospheric air is concentrated in the range of 12 ~ 20 ° Be in the range of Bumedo in the first electrodialysis process, the third electrodialysis process and the fourth electrodialysis process. When the brine is supplied to the concentrated
탈수공정에서 배출되는 탈수여액이 탈수여액 저장조(61)에 공급되면 탈수여액 이송펌프(62)에 의해서 대기공기에 의한 증발탑(55) 상부로 반송하면서 탈수여액 저장조(61)에서 탈수여액의 보메도 비중이 30∼32°Be가 되면 보메도 비중지시제어기(BIS)에 의해 솔레노이드밸브(ⓢ)를 작동하여 배출되는 간수(苦汁)를 포장하여 간수제품을 제조한다.When the dehydration liquid discharged from the dehydration process is supplied to the dehydration
여기서 제조되는 간수 중에는 다양한 미네랄성분이 함유되어 있기 때문에 제3전기투석공정의 농축 미네랄수 저장조(35)로 보내어 미네랄조정제의 제조에 이용할 수도 있다.Since the various mineral components are contained in the brine produced here, it can be sent to the concentrated mineral
분부 노즐(56)의 분무효율을 향상하기 위해서 공급하는 압축공기는 입구(Up-stream) 측에 1∼6㎏/㎠의 압력으로, 공기와 액체의 질량비가 1.1∼1.2의 비율로 공급한다.In order to improve the spraying efficiency of the
대기공기에 의한 증발탑(55)의 구조는 산업공장의 냉각탑의 구조와 동일하며, 재질은 방부처리한 목재, FRP(Fiber glass reinforced plastic), 슬레이트(slate) 등을 사용하며, 나머지 기기장치의 사양과 운전 및 설계조건은 후술하는 열풍공기에 의한 증발탑(66)의 공정과 동일하다. The structure of the
2. 열풍공기로 수분을 증발하여 소금을 석출한 다음, 탈수-건조하여 소금 및 간수를 제조하는 공정도2. Process diagram of evaporating water with hot air to precipitate salt, followed by dehydration and drying to produce salt and brine
기온이 낮은 동절기나 습도가 높은 우기에는 제1전기투석공정, 제3전기투석공정과 제4전기투석공정에서 보메도 비중이 12∼20°Be 범위로 농축된 염수가 농축 염수 저장조(51)에 공급되면, 농축 염수는 농축 염수 이송펌프(52)로 염석출조(53) 상부를 월류(Over flow)하여 반송농축 염수 저장조(58)에 공급된 농축 염수를 농축 염수 반송펌프(59)에 의해 반송되는 농축 염수와 압축공기를 함께 열풍공기에 의한 증발탑(66) 상부로 보내어 분무 노즐(56)을 통해 분무하면서 송풍기(63)에서 공급된 공기가 버너(64)에 의해서 가열한 열교환기(65)를 통해 하부로 공급되면, 열풍공기와 향류접촉(向流接觸)하면서 증발수분은 데미스터(67)를 통해 대기로 방출되고, 수분이 증발농축된 농축 염수는 염석출조(53)의 센터 웰(Center well)로 보내면서 도 14 "80℃에서 해수의 농축에서 비중변화에 따른 각종 염의 석출율도"에서 보는 바와 같이 함수의 온도가 80℃에서는 보메도 비중이 25.8°Be가 되면 염(NaCl)이 석출하기 시작하며, 석출된 염이 침전되면 염석출조 레이크(54)에 의해서 하부 중앙 콘 부분으로 모아서 석출염이송스크루컨베이어(60)에 의해서 탈수공정에 공급하여 탈수여액은 탈수여액 저장조(61)로 보내고, 탈수된 염은 건조공정으로 보내어 건조하여 소금을 제조한다. During the winter season when the temperature is low or when the humidity is high, the brine concentrated in the brine concentration range of 12-20 ° Be in the first electrodialysis process, the third electrodialysis process and the fourth electrodialysis process is concentrated in the
탈수공정에서 배출되는 탈수여액이 탈수여액 저장조(61)에 공급되면 탈수여 액 이송펌프(62)에 의해서 염석출조(53) 센터 웰(Center well)로 반송하면서, 탈수여액 저장조(61)에서 탈수여액의 보메도 비중이 30∼32°Be 범위가 되면 보메도비중지시제어기(BIS)에 의해서 솔레노이드밸브(ⓢ)의 작동하여 배출되는 간수(苦汁)를 포장하여 간수제품을 제조한다.When the dehydration liquid discharged from the dehydration process is supplied to the dehydration
여기서도 간수는 간수 자체로 제품화하거나, 제3전기투석공정의 농축 미네랄수 저장조(35)로 보내어 미네랄조정제의 제조에 이용할 수도 있다.Here too, the brine may be commercialized in the brine itself or sent to the concentrated mineral
열풍공기에 의한 증발탑(66)의 재질은 내염성 재질인 티타늄이나 스테인리스강(Stainless steel)을 사용하는 것이 바람직하지만 경제성을 감안하여 스틸(Steel) 강판에 FRP(Fiber reinforced plastics)수지나 에폭시수지(Epoxy resin)를 라이닝(Lining) 또는 코팅(Coating)을 하여도 된다. The material of the evaporation tower 66 by hot air is preferably flame retardant titanium or stainless steel. However, in consideration of economic efficiency, FRP (Fiber reinforced plastics) resin or epoxy resin ( Epoxy resin may be lined or coated.
분부 노즐(56)의 분무효율을 향상하기 위해서 공급하는 압축공기는 입구(Up-stream) 측에 1∼6㎏/㎠의 압력으로, 공기와 액체의 질량비가 1.1∼1.2의 비율로 공급한다.In order to improve the spraying efficiency of the
송풍기(63)에서 공급되는 공기의 가열은 버너(64)에서 중유나 경유, 천연가스(LNG; Liquid Natural Gas), LPG(Liquid Petroleum Gas) 등을 사용하며, 열풍 공기의 온도는 120∼400℃로 하고, 데미스터(67)를 통해서 대기로 배기 되는 습윤공기의 온도는 60∼80℃로 한다. 그리고 열풍공기에 의한 증발탑(66)에서 건조증발은 항율건조(恒率乾燥)만 진행되며, 하부에서 염석출조(53)로 배출되는 농축 염수는 열에 약한 성분이 열분해 되지 않도록 80℃ 이하가 되도록 열풍공기에 의한 증발탑(66)을 설계한다.The heating of the air supplied from the
염석출조(53)의 월류수가 반송농축 염수 저장조(58)로 월류되어 농축 염수반송 펌프(59)의 반송농축 염수의 유량은 열풍공기에 의한 증발탑(66)에 공급되는 농축 염수 유량의 2∼4배의 유량으로 한다.The flow rate of the brine stream of the salt-
건조증발에 필요한 송풍기(63)에서 공급되는 열풍공기의 유량은 장치출입구의 엔탈피(Enthalpy) 및 물질수지(Material balance)에서 구한 값에 열손실을 5∼10%감안하여 결정한다.The flow rate of the hot air air supplied from the
송풍기(63)에서 공급되는 열풍공기의 유량이 결정되면 열풍공기에 의한 증발탑(66)의 탑 경(塔徑)은 열풍공기의 유속이 3∼5m/sec의 범위로 한다.When the flow rate of the hot air air supplied from the
열풍공기에 의한 증발탑(66)의 하부 콘(Cone)의 각도(α)는 10°≤α≤60°로 설계하고, 배출 부의 관경(D。)과 탑의 관경(D)의 비(比)는 0.3≤D。/D≤0.7의 범위로 설계한다.The angle α of the lower cone of the evaporation tower 66 by hot air is designed to be 10 ° ≤α≤60 °, and the ratio of the diameter of the discharge part (D。) and the diameter of the tower (D) ) Is designed in the range of 0.3≤D。 / D≤0.7.
염석출조(53), 반송농축 염수 저장조(58)와 탈수여액저장조(61)의 재질은 철근 콘크리트(Reinforced concrete)에 에폭시 코팅을 하거나, 티타늄이나 내염성 스테인리스강 또는 스틸 강판에 FRP수지나 에폭시 수지를 라이닝이나 코팅을 한 것을 사용할 수도 있다. The salt-
염석출조(53)의 직경은 석출염의 고형물부하가 60∼90㎏/㎡·일의 범위로, 깊이는 3∼4m로, 하부 바닥의 경사는 1.5/10∼2.5/10 범위의 구배(句配)가 되게 설계한다.The diameter of the salt-
염석출조 레이크(54)의 재질도 전술한 내염성 재질을 사용하던가, 스틸 강판에 에폭시 수지를 코팅하여 사용하며, 회전속도는 0.02∼0.05rpm으로 하며, 감속기 의 동력은 염석출조(53)의 직경과 침전된 염의 상태를 고려하여 토르크(Torque)를 계산하여 결정한다.The salt-
농축 염수 반송펌프(59), 석출염 이송스크루컨베이어(60), 탈수여액 이송펌프(62) 및 탈수기의 재질은 티타늄이나 내염성 스테인리스강을 사용하며, 모든 염수배관은 티타늄, 내염성 스테인리스강, PE(Poly ethylene), PVC(Poly vinyl chloride) 수지관을 사용한다.Concentrated brine return pump (59), precipitated salt transfer screw conveyor (60), dehydration feed pump (62) and the dehydrator is made of titanium or flame resistant stainless steel, all brine piping is titanium, flame resistant stainless steel, PE ( Polyethylene) and PVC (Poly vinyl chloride) resin tubes are used.
증발탑(55 및 66)에서 수분을 증발한 농축 염수가 염석출조(53)로 보내지면 도 13과 도 14에서 보는 봐와 같이 농축 염수(鹹水)가 증발농축되어 보메도 비중이 25∼26°Be가 되면 NaCl이 석출하기 시작하며, 증발농축을 계속하여 농축 염수의 보메도 비중이 30∼32 °Be가 되면 MgCl2가 석출하게 되며, 이어서 MgBr2도 석출(析出)하기 때문에 본 발명에서는 탈수여액 저장조(61)에서 탈수여액의 보메도 비중이 30∼32°Be가 되면 간수를 배출하여 브롬(臭素)농도가 낮은 소금이 생산되도록 한다.When the concentrated brine having evaporated moisture from the evaporation towers 55 and 66 is sent to the salt-
[실시 예9]Example 9
실시 예3의 제2나노여과공정에서 배출되는 염수와 실시 예4의 제3나노여과공정에서 배출되는 염수를, 실시 예6에서와 동일한 전기투석장치로 염수의 염분을 농축실험하였다.The brine discharged from the second nanofiltration process of Example 3 and the brine discharged from the third nanofiltration process of Example 4 were concentrated by the same electrodialysis apparatus as in Example 6 to concentrate the salts of the brine.
유효통전면적이 236 mm(세로)×220 mm(가로)의 두께 0. 2 mm인 양이온교환격막은 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막(22; Aciplex K-101, 일본 旭化成工業 株式會社 제품)과 음이온교환격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20; Aciplex A-102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)을 각각 50매를 양극(16)은 티타늄 판에 RuO2-TiO2를 코팅한 DSA전극과 음극(17)은 스테인리스강전극 사이에 도9와 같이 교호적으로 다단(50단)을 설치한 제4전기투석장치(48)의 탈염실(25)로 50ℓ의 염수 저장조(51)에 실시 예3의 제2나노여과공정에서 여과된 염수와 실시 예4의 제3나노여과공정에서 여과된 26℃의 염수를 공급한 다음, 다이어프램형 정량펌프인 염수 이송펌프(47)로 막면선속도가 10㎝/초가 되게 탈염실(24)에 공급하여 염수 저장조(46)로 순환하고, 20ℓ의 제3순환염수 저장조(49)의 농축 염수를 다이어프램형 정량펌프인 제3염수 순환펌프(50)로 막면선속도가 3㎝/초가 되게 염농축실(25)에 공급하여 제3순환염수 저장조(49)로 순환하면서, 정류기로부터 직류전기를 전류밀도가 12∼15A/dm2로 인가하여(이때 인가전압은 55∼60V이었다.) 염수 순환라인의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도도 값이 4∼6㎳/㎝으로 탈염된 탈염수는 방류하면서 제3순환염수 저장조(49)의 보메도 비중이 18°Be로 농축된 염수를 생산하였다.The cation exchange diaphragm having an effective conduction area of 236 mm (length) x 220 mm (width) of 0.2 mm is composed of a cation exchange diaphragm (22; Aciplex K-101, manufactured by Nippon Chemical Co., Ltd.) that transmits all cations. anion exchange membranes are monovalent anion selective only one is selected, the anion exchange membrane for transmitting a (20; Aciplex a-102, Japan旭化成工業株式會社product) to the
이때도 음극실 용액은 5wt%의 Na2SO4수용액을 50㏄/min로 음극실(19) 하부로 공급하여 상부로 배출되는 것을 양극실(18) 하부로 공급하였다.In this case, the cathode chamber solution was supplied with a 5 wt% Na 2 SO 4 aqueous solution at 50 kV / min to the lower portion of the
상술한 제4전기투석장치(48)에서 농축된 염수에 130℃의 열풍공기로 증발농축하여 보메도 비중이 26∼32°Be범위에서 석출되는 염을 탈수처리를 한 다음, 120℃ 열풍공기로 건조하여 생산된 소금과 탈수여액으로 배출되는 간수의 중요성분 을 분석한 결과 분석치는 다음 표11의 내용과 같다.In the above-mentioned
표11 소금제조공정에서 제조된 소금 및 간수의 중요성분 분석치(단위; wt%)Table 11 Analysis of Significant Values of Salts and Salts Prepared in Salt Manufacturing Process (Unit: wt%)
Ⅵ. 음료수를 제조하는 단계Ⅵ. Steps to prepare a drink
1. pH의 조정 및 제2역삼투여과공정1. pH adjustment and second reverse osmosis filtration process
해양 심층수에 붕소는 4∼5㎎/ℓ범위로 함유되어 있으면서 붕산(H3BO3)의 형태로 존재하며, 이온반경이 0.23Å 정도로 입자의 크기가 적기 때문에 단순한 나노여과 및 역삼투 여과에 의해서는 음료수기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려우며, 또한, 해리정수(解離定數) pKa의 값이 9 정도로 해수 중에서는 거의 비해리(非解離) 상태로, 이온상태로는 거의 존재하지 않기 때문에 전기투석법에 의해서도 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려운 문제점이 있기 때문에 pH를 9∼11의 알칼리(Alkali)로 처리를 하여 붕산을 겔(Gel) 상태의 폴리(Poly) 붕산으로 전환한 다음, 역삼투여과에 의해서 붕소화합물을 제거한다.Boron is contained in the deep sea water in the form of boric acid (H 3 BO 3 ) while it is contained in the range of 4-5 mg / l, and the particle size is small, with an ion radius of 0.23 Å. Is less than 0.3mg / l of drinking water and difficult to treat, and also has a dissociation constant pKa of about 9, which is almost undissolved in seawater and hardly exists in an ionic state. Since the treatment is difficult to treat the drinking water below 0.3mg / l even by the electrodialysis method, the boric acid is converted into a polyboric acid in the gel state by treating the pH with an alkali of 9-11. The boron compound is then removed by reverse osmosis filtration.
수중의 붕산은 알칼리처리를 하면 다음과 같은 ⑨의 반응에 의해서 겔 상태의 폴리 붕산으로 전환된다.When boric acid in water is subjected to alkali treatment, it is converted into polyboric acid in gel state by the reaction of ⑨ as follows.
B(OH)3 + OH_ → [B(OH)4]- → [B3O3(OH)4]- → [B4O5(OH)4]2-→ [B5O6(OH)4]- …⑨B (OH) 3 + OH _ → [B (OH) 4 ] - → [B 3 O 3 (OH) 4 ] - → [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2- → [B 5 O 6 (OH ) 4 ] - … ⑨
제1역삼투여과공정에서 여과된 탈염수와 제4전기투석공정에서 염분을 제거한 탈염수가 pH 조정조(68)에 공급되면 알칼리제(NaOH)를 수소이온농도지시제어기(pH indicating switch; pHIS)로 pH가 9∼11 범위로 주입하면서 pH조정조 교반기(69)로 교반반응을 하여 붕소화합물을 폴리 붕산으로 전환한 다음, 제2역삼투여과공정 공급펌프(70)로 운전압력을 5∼25㎏/㎠으로 제2역삼투여과막에 공급하여 여과되지 않은 붕소화합물 함유수는 중화처리 후 해저 200m이하의 원래의 위치로 방류하고, 붕소화합물이 음료수 기준치인 0.3㎎/ℓ이하로 여과된 탈붕소수인 여과수는 중화조(70)로 보낸다.When the demineralized water filtered in the first reverse osmosis filtration process and the demineralized water removed in the fourth electrodialysis process are supplied to the
제2역삼투여과공정에 유입되는 유입수는 염분이 거의 함유되어 있지 않기 때문에 운전압력을 5∼25㎏/㎠범위의 낮은 압력으로 운전하여도 나선형여과막의 경우 막투과수량은 0.6∼1.2㎥/㎡·일로 운전이 되며, 이때 여과수 중에 붕소화합물은 음료수 기준치 0.3㎎/ℓ이하로 여과된다. Since the inflow water flowing into the second reverse osmosis filtration process contains little salt, the membrane permeability of the spiral filtration membrane is 0.6 to 1.2
2차 역삼투여과공정에서는 pH가 9∼11의 알칼리상태로 공급되어도 스케일(Scale)을 생성하는 CaCO3, CaSO4와 같은 물질은 나노여과공정 및 제1역삼투여과공정에서 제거되었기 때문에 스케일의 생성은 문제되지 않는다.In the second reverse osmosis process, even when the pH is supplied in an alkaline state of 9 to 11, scales such as CaCO 3 and CaSO 4 which generate scale are removed in the nanofiltration process and the first reverse osmosis process. It doesn't matter.
교반방법은 프로펠러형(Propeller type)의 교반기로 180∼360rpm으로 20∼40분간 교반반응을 하며, 재질은 스테인리스강이나 브론즈(Bronze)를 사용한다.The stirring method is a propeller type stirrer, which is stirred at 180 to 360 rpm for 20 to 40 minutes. The material is stainless steel or bronze.
[실시 예10]Example 10
실시 예2의 제1역삼투여과공정에서 여과된 여과수(濾過水)인 탈염수를 pH조정공정에서 pH를 9.5로 조정하여 수중의 붕소화합물을 폴리 붕산의 형태로 전환한 다음, 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 저압용 역삼투여과막 모델번호 SU-710의 나선형 역삼투여과막을 사용하여 압력을 20㎏/㎠G로 막에 공급하여 막투과수량은 0.72㎥/㎡·일로 하였을 때 막투과수량은 유입수량의 82%가 되었으며, 여과수(탈붕소수) 중의 붕소(B)의 농도를 측정한 결과 0.12㎎/ℓ로 음료수의 붕소 기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리되어 음료수제조에 이용할 수 있었다.In the first reverse osmosis filtration step of Example 2, demineralized water, which was filtered water, was adjusted to pH 9.5 in a pH adjustment step to convert the boron compound in water into the form of polyboric acid, followed by Toray Corporation of Japan. Low pressure reverse osmosis membrane of model No. SU-710 using spiral reverse osmosis membrane of SU-710 and supplying pressure to the membrane at 20㎏ / ㎠G, the membrane permeation volume is 0.72㎥ / ㎡ The concentration of boron (B) in the filtrate (deboron water) was measured to be 82%, and the concentration of boron (B) in the drinking water was treated below 0.3 mg / L of the drinking water.
2. 중화공정2. Neutralization process
제2역삼투여과공정에서 붕소화합물이 제거된 탈붕소수인 여과수가 중화조(71)에 공급되면 5∼10wt%의 염산(HCl)수용액을 공급하면서 중화조 교반기(72)로 교반하여 수소이온농도지시제어기(pHIS)로 pH를 음료수 기준치인 5.8∼8.5로 조정한 다음, 미네랄조정기 공급펌프(73)로 미네랄 조정기(74)로 보낸다. In the second reverse osmosis filtration process, when the filtered water, which is deboronized water, from which the boron compound has been removed, is supplied to the
교반방법은 프로펠러형의 교반기로 180∼360rpm으로 20∼40분간 교반반응을 하며, 재질은 스테인리스강이나 브론즈를 사용한다.Stirring method is a propeller-type stirrer for 20 to 40 minutes stirring at 180 ~ 360rpm, the material is stainless steel or bronze.
3. 미네랄조정 및 음료수제조공정3. Mineral adjustment and beverage production process
중화처리공정에서는 pH를 음료수 기준치인 5.8∼8.5로 조정하여 미네랄조정기 공급펌프(73)로 미네랄조정기(74)에 공급되면 미네랄제조공정에서 제조된 미네랄조정제를 미네랄조정기 교반기(75)로 교반하면서 전기전도율지시제어기(ECIS)로 경도를 50∼1,000㎎/ℓ의 범위로 조정한 다음, 살균공정공급펌프(76)로 살균공정으로 보내어 120∼135℃에서 0.5∼10분간 고온살균처리를 하거나 자외선 살균처리를 한 음료수는 용기충전공정으로 보내어 용기(캔이나 플라스틱병)에 충전한 다음, 검사 후 포장하여 음료수로 출하한다.In the neutralization process, when the pH is adjusted to 5.8 to 8.5, which is a beverage standard value, and supplied to the
미네랄혼합기(74)의 교반방법은 프로펠러형의 교반기로 180∼360rpm으로 20∼40분간 교반반응을 하며, 재질은 스테인리스강이나 브론즈를 사용한다.Stirring method of the
[실시 예11]Example 11
실시 예10의 2차 역삼투여과공정에서 최종적으로 붕소화합물을 음료수 수질기준치 이하로 처리한 여과수(탈붕소수)를 10wt%의 염산(HCl)수용액을 가하여 pH를 7.3으로 중화처리하면서, 실시 예8에서 제조된 미네랄조정제를 전기전도율지시제어기(ECIS)로 전기전도율을 250∼260㎲/㎝ 범위로 조정하면서 주입한 결과 수질 분석치는 다음 표13의 내용과 같다.In the second reverse osmosis filtration process of Example 10, the pH of the filtrate (deboron water), which was finally treated with the boron compound below the drinking water quality standard, by adding 10 wt% aqueous hydrochloric acid (HCl) solution to neutralize the pH to 7.3, The water quality analysis results of the mineral regulator prepared in the above were injected while adjusting the conductivity in the electric conductivity indication controller (ECIS) in the range of 250∼260㎲ / ㎝.
표13 2차 역삼투여과의 여과수(탈붕소수)에 미네랄조정제를 주입하여 제조된 음료수의 수질 분석치Table 13 Analysis of Water Quality of Drinking Water Prepared by Injecting Mineral Modifier into Filtrate Water (Deboron Water) in Secondary Reverse Osmosis Filtration
표 13의 내용의 처리결과를 검토하면 전술한 식①의 좋은 물맛의 지수(OI) = (Ca + K + SiO2) / (Mg + SO4 2 -) 의 값은 (42.30 + 1.10 + 2.26)/(16.90 + 5.20) = 2.04로, 좋은 물맛의 지수의 기준치 2.0 이상 되며, 식②의 건강의 지수(KI) = Ca- 0.87Na = 42.30 -0.87×32.62 = 13.92로, 기준치 5.2 이상으로 미네랄밸런스가 적절하게 조정되었으며, 또한 산화환원전위 값도 +120㎷로 적절하게 처리되었으며, 그리고 핵자기공명의 반치 폭의 17O-NMR 값도 53㎐로 물 분자가 소집단화되었기 때문에 양질의 음료수를 생산할 수 있는 것으로 판명되었다. Reviewing the results of processing of the information in Table 13 Index of good mulmat of the above-mentioned formula ① (OI) = (Ca + K + SiO 2) / (Mg + SO 4 2 -), the value of is (42.30 + 1.10 + 2.26) /(16.90 + 5.20) = 2.04, which is greater than or equal to 2.0 for the good water index, and the index of health (KI) in
그리고 붕소(B)의 농도도 음료수 기준치 0.3㎎/ℓ이하인 0.13㎎/ℓ까지 처리되었다. In addition, the concentration of boron (B) was also treated to 0.13 mg / L, which is 0.3 mg / L or less of drinking water standard value.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 해양 심층수는 유해 오염물질이 전혀 오염되어 있지 않으면서 동·식물의 생육에 필요한 다양한 미네랄성분이 함유되어 있는 특성이 있기 때문에 과잉으로 함유되어 있는 염분과 황산이온을 제거한 다음, 부족한 칼슘제와 비환원성 이당류나 당 알코올 첨가제를 혼합하여 제조된 미네랄조정제는 식품 및 음료의 미네랄조정제로 널리 보급될 수 있으며, 미네랄조정제를 제조하면서 제조된 소금 및 간수와 음료수도 천일염과 광천수에 비해서 우수한 특성이 있기 때문에 해양 심층수로부터 미네랄조정제, 소금 및 간수와 음료수제조에 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.As described above, according to the present invention, since the deep ocean water contains various mineral components necessary for the growth of animals and plants without being contaminated with harmful pollutants, salts and sulfate ions contained in excess are contained. The mineral regulator prepared by mixing insufficient calcium and non-reducing disaccharides or sugar alcohol additives can be widely used as mineral regulators in food and beverages. Because of its superior properties compared to mineral water, it is expected to be widely used in the preparation of mineral regulators, salts and salt water and beverages from deep sea water.
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