KR20080034299A - 해양 심층수로부터 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법 - Google Patents

해양 심층수로부터 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 환원성 알칼리이온 음료수를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리를 한 다음에 모래여과(sand filter), 정밀여과(Micro filter), 한외여과(Ultra filter) 등에 의해서 수중의 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거하고, 나노여과(Nano filter)를 하여 역삼투 여과(Reverse osmosis filter)에서 스케일(Scale) 생성이 문제되는 황산염(CaSO4)과 2가 이상의 미네랄염을 제거한 다음, 1차 역삼투 여과공정으로 보내어 염수는 소금 및 미네랄염 제조공정으로 보내고, 탈염된 여과수는 1차 pH조정공정으로 보내어 pH를 9∼11로 조정하여 붕산을 폴리 붕산으로 전환하여 2차 역삼투 여과공정으로 보내어 붕소화합물을 제거한 여과수는 전기분해장치(1)의 음극실(3)로 공급하면서 정류기(7)로부터 직류전기를 인가하면, 환원성 알칼리 이온수(전해 환원수)로 전환된다.
전기분해장치(1)의 음극실(3)에서 배출되는 환원성 알칼리 이온수는 2차 pH조정 및 미네랄조정조(8)로 보내어 구연산, 주석산, 호박산, 사과산, 젖산, 아스코르브산, 글루콘산, 아미노산 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 유기산을 주입하여 pH를 7.3∼8.5 범위의 약 알칼리성으로 조정하면서 미네랄성분에 비환원성 이당 류인 자당(蔗糖)이나 트레할로스(Trehalose)를 혼합한 미네랄조정제를 주입하여 경도를 조정한 다음, 고압의 정전압 및 자화처리를 하여 물 분자의 집단(Cluster)을 소집단화하여 환원성 알칼리이온 음료수를 제조한다.
해양 심층수, 환원성 알칼리이온 음료수, 나노여과, 역삼투 여과, 전기투석, 전기분해, 정전압, 자화처리

Description

해양 심층수로부터 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법{A manufacturing method of alkaline reduced ionized water for drinking, from the deep sea water}
도 1은 해양 심층수로부터 환원성 알칼리이온 음료수의 제조공정도
도 2는 전기분해공정에서 전해환원수의 생산과 중화 및 미네랄 성분을 조정하는 공정도.
도 3은 정전압과 자화처리를 하는 공정도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1; 전기분해장치 2; 양극실
3; 음극실 4; 양극
5; 음극 6; 격막
7; 정류기 8; 2차 pH조정 및 미네랄 조정조
9; 교반기 10; 전자처리수조 공급펌프
11; 전자처리수조(電子處理水槽) 12; 전극
13; 절연체(絶緣體) 14; 스테인리스강판
15 기초 콘크리트구조물 16; 접지(接地, Earth)
17; 정전압발생장치(靜電壓發生裝置, Electron charger)
17a; 가변저항 17b; 접지
17c; 1차 권선 17d; 철심
17e; 2차 권선 18; 중간처리수 저장조
19; 자화기 공급펌프 20; 자화기
21; 처리수 저장조 22; 처리수 이송펌프
ⓢ; 솔레노이드밸브(Solenoid valve) FI; 유량지시계(Flow indicator)
PCV; 압력조정밸브(Pressure control valve)
pHI; 수소 이온농도지시계(pH indicator)
pHIS; 수소 이온농도지시제어기(pH indicating switch)
ORPI; 산화환원전위지시계(Oxidation reduction potential indicator)
ORPIS; 산화환원전위지시제어기(Oxidation reduction potential indicating switch)
BI; 보메도 비중지시계(Baume indicator)
BIS; 보메도 비중지시제어기(Baume indicating switch)
ECIS; 전기전도율지시제어기(Electric conductivity indicating switch)
본 발명은 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리를 한 다음 에 모래여과(sand filter), 정밀여과(Micro filter), 한외여과(Ultra filter) 등에 의해서 수중의 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거하고, 나노여과(Nano filter)와 역삼투여과(Reverse osmosis filter)를 하여 탈염처리한 탈염수를 전기분해장치의 음극실로 보내어 전해 환원수인 환원성 알칼리 이온수를 만든 다음, 2차 pH조정 및 미네랄조정조로 보내어 구연산, 주석산, 호박산, 사과산, 젖산, 아스코르브산, 글루콘산, 아미노산 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 유기산을 주입하여 pH를 7.3∼8.5 범위의 약 알칼리성으로 조정하면서 미네랄성분에 비환원성 이당류인 자당(蔗糖)이나 트레할로스(Trehalose)를 혼합한 미네랄조정제를 주입하여 경도를 조정한 다음, 고압의 정전압 및 자화처리를 하여 물 분자의 집단(Cluster)을 소집단화하여 음료수로 사용할 수 있는 환원성 알칼리이온 음료수를 제조하는 방법에 관한 것이다.
성인은 체중의 60~70%, 신생아는 무려 80%가 물로 구성되어 있으며, 세포단위로 보면 뇌세포에는 80%, 망막(網膜)에는 92%가 물로 되어 있으며, 물은 체내에서 체온조정으로부터 노폐물배제 등 다양한 기능을 하며, 인체에 있어서 물은 커다란 생명 활력 유지 향상의 근원이 되기 때문에, 어떠한 물을 매일 섭취하는가 하는 것은 신체 자체와 건강에 크게 영향을 주는 것은 말할 것도 없다.
세계에서 건강에 좋은 물로 알려진 프랑스의 루르드 (Lourdes), 독일의 노르데나우(Nordenau), 멕시코의 트라코테((Tlacote), 인도의 나다나(Nadana) 등의 명수는 암, 류머티즘, 아토피, 당뇨병 등의 난치병의 치료효과가 있는 것은 널리 알려져 있는 것이 사실이며, 이와 같은 명수는 자연계에 존재하는 천연의 환원성 약 알칼리 이온수라는 공통점이 있다.
그래서 본원의 발명에서는 오염물질에 전혀 오염되어 있지 않으면서 유용한 미네랄성분을 다량 함유하고 있는 해양 심층수를 이용하여 pH가 7.5∼8.5, 산화환원전위(Oxidation-reduction potential, ORP) 값이 -150∼-250㎷ 범위의 환원성 약알칼리 이온수를 생산하는 방법을 제시코자 한다.
환원성 알칼리 이온수는, 유화(乳化) 및 분산작용(分散作用), 탈리작용(脫離作用), 표면장력(表面張力)의 감소(減少) 등의 특성이 있으며, 특히 20℃의 표면장력은 일반수 80℃의 표면장력과 같다.
환원성 알칼리 이온수는, 전기분해장치의 음극 측에서는 수소가 발생하여 환원성을 가진 침투압의 높은 물이 생성되며, 칼슘, 마그네슘 등의 미네랄성분을 포함한 환원성의 물은 음용이나 요리에 적절하면서 위장 내 이상 발효, 위산 과다, 만성설사, 소화불량, 제산 등의 효과와 효능이 있는 것으로 알려져 있으며, 물맛도 좋게 한다.
해양 심층수(海洋深層水)란 햇빛이 닿지 않고, 또한, 표층해수(表層海水)와 섞이지 않는 깊이에 있는 해수로, 통상 수심이 200m이하의 해수를 해양 심층수라고 부르고 있으며, 해양 심층수는 표층해수에 비해서 오염물질(汚染物質) 및 유해세균(有害細菌)이 전혀 함유되어 있지 않으면서 표1의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석 치"에서 보는 봐와 같이 발효미생물(醱酵微生物)의 생육(生育)에 필요한 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 아연(Zn), 나트륨(Na) 등 다종다양한 미네랄성분이 포함되어 있으면서 영양염류, 생균 수, 수온은 상당한 차이가 있는 특성이 있 다.
표1 해저의 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석 치
구 분 울릉도 현포 일본홋가이도구마이시(北海道熊石)해양심층수 일본 토야마현 뉴젠(富山縣入善)해양 심층수 일본 고지현 무로도(高知縣室戶)
650m해양 심층수 표층해수 374m 해양 심층수 표층해수
일반항목 수온(℃) 0.5 23 0.5 3.2 11.5 20.3
pH 7.5 7.98 8.15
DO 용존산소(㎎/ℓ) 6 8 8.1 7.80 8.91
TOC 유기 탄소(㎎/ℓ) - - 0.6 0.962 1.780
CODMn(㎎/ℓ) 0.2 0.6 - - -
용해성 용발잔류물(㎎/ℓ) 37,000 47,750 37,590
M-알칼리도(㎎/ℓ) - 114.7 110.5
주요원소 Cl 염화물이온(wt%) NaCl로 3.41 NaCl로 3.45 NaCl로 3.41 1.960 2.237 2.192
Na 나트륨 (wt%) 1.080 1.080 1.030
Mg 마그네슘 (wt%) 1,320 1,280 1,300 1,290 0.130 0.131
Ca 칼슘(㎎/ℓ) 393 403 378 400 456 441
K 칼륨(㎎/ℓ) 380 571 380 414 399
Br 취소(㎎/ℓ) 60 65 68.8 68.1
Sr 스트론튬(㎎/ℓ) 7.0 9.9 7.77 7.61
B 붕소(㎎/ℓ) 4.7 4.44 4.48
Ba 바륨(㎎/ℓ) 0.1 이하 0.010 0.044 0.025
F 불소(㎎/ℓ) 1.0 1.2 0.53 0.56
SO4 2 -(㎎/ℓ) 2,630 2,833 2,627
영양염류 NH4 +암모니아태질소(㎎/ℓ) 0.05 0.05 0.03
NO3 -질산태질소(㎎/ℓ) 0.28 0.04 0.227 0.3 1.158 0.081
PO4 3 -인산태인(㎎/ℓ) 0.06 0.012 0.175 0.176 0177 0.028
Si 규소(㎎/ℓ) 2.8 0.44 4.53 2.6 1.89 0.32
미량원소 Pb 납(㎍/ℓ) 0.11 0.02 0.102 0.087
Cd 카드뮴(㎍/ℓ) 0.05 0.03 0.028 0.008
Cu 구리(㎍/ℓ) 0.26 0.10 0.153 0.272
Fe 철(㎍/ℓ) 0.20 0.217 0.355
Mn 망간(㎍/ℓ) 0.45 0.265 0.313
Ni 니켈(㎍/ℓ) 0.36 0.31 0.387 0.496
Zn 아연(㎍/ℓ) 0.45 1.40 0.624 0.452
As 비소(㎍/ℓ) 0.04 1.80 1.051 0.440
Mo 몰리브덴(㎍/ℓ) 7.60 5.095 5.565
Cr 크롬(㎍/ℓ) 0.021 0.02
균수 생균 수(개/㎖) 0 520 0 540
대장균 수(개/㎖) 음성 음성 음성 음성
통상 200m이하 심해의 해양 심층수는, 표층 해수와는 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체가 증식하지 못하기 때문에 영양염류의 농도가 높으면서 수온에 따른 밀도차이로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질이 없으며, 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성(低溫安定性), 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적은 청정성(淸淨性), 식물의 성장에 매우 중요한 무기영양염류가 풍부한 부영양성(富榮養性)과 다양한 미네랄성분이 균형있게 존재하는 미네랄밸런스가 좋은 특성과 고압 저온상태에서 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) 등의 특성이 있으며, 구체적인 내용은 다음과 같다.
1. 저온 안전성(低溫 安全性)
표층해수의 수온은 계절에 의해서 큰 폭으로 변동하는 데 대해, 해양 심층수는 계절에 따라서 수온의 변화가 없으면서 저온으로 안정되어 있다.
특히 한국 동해의 해양 심층수는 오호츠크해(Sea of Okhotsk)의 유빙(流氷)이 녹은 찬 해수가 밀도차로 침강(沈降)하여 사할린섬(Ostrov Sakhalin)과 홋카이도(北海道) 사이의 블라디보스토크(Vladivostok) 앞바다로 유입된 심층수로 일본열도가 가로 막혀 흐름이 느려 300m이하에서는 연간을 통해서 수온이 1∼2℃로 하와이나 일본 태평양 연안의 코우치현(高知縣)의 무로토(室戶) 앞바다의 해양 심층수 등에 비해서 8∼11℃ 정도 낮은 특성이 있다.
2. 청정성(淸淨性)
심층에 있으므로 육상의 하천수, 대기로부터의 오염을 받기 어렵고, 화학물질, 오염물질과 세균수가 적다.
① 물리적 청정성
물리적 청정성은 부유물, 현탁물이 적다고 하는 것으로 해양 심층수는 표층해수에 비해서 부유고형물질의 함량이 적다.
② 생물학적 청정성
해수의 취수에서 제일문제가 되는 것은 부착생물의 번식인데, 일반적으로, 표층해수의 취수장치에서는 취수 관내에 부착생물이 번식하는 것으로, 관의 저항이 늘어나 취수불능이 되는 것이 많은데, 해양 심층수는 플랑크톤, (병원성) 미생물, 클로렐라 등의 총생균수는 표층수의 10분의 1에서 100분의 1로 적은 특성이 있다.
③ 화학적 청정성
해양 심층수는 오염된 표층해수와 혼합이 일어나지 않기 때문에 다이옥신이나 PCB, 유기 염소화합물, 유기주석 등 이른바 환경오염물질에 오염되어 있지 않은 특성이 있다.
3. 부영양성(富榮養性)
해양 심층수는 표층해수에 비해서 바다생물의 근원이 되는 식물플랑크톤(주로, 엽록소를 가지는 미소의 단세포 식물인 규조)의 영양원이 되는 질소, 인, 규산 등이 표층해수의 약 5∼10배의 무기영양염류가 풍부하게 포함되어 있는 특성이 있다.
수심 150m 이하에서 광량은 1% 이하로, 더 이상의 깊이에서는 식물성 플랑크톤은 광합성을 할 수 없기 때문에, 영양소는 식물성 플랑크톤에 의해서 소비되지 않고 아래의 깊은 층으로 가라앉아 축적되어 무기영양염의 농도가 높다.
4. 미네랄의 특성
해수는 70종류를 넘는 원소를 포함하고 있으며, 해양 심층수도 이와 같이 다종다양의 원소를 포함하고 있는 특성이 있다.
동·식물의 생육에 필요한 주요원소가 많으면서 필요하기는 하지만 다량으로 섭취하면 해가 되는 필수 미량원소인 동, 아연과 같이 사람의 건강에 깊은 관계가 있는 것은 극히 소량 포함되어 있다고 하는 미네랄밸런스의 좋은 특성이 있다.
5. 숙성성(熟成性)
해양 심층수는 표층해수에 비해 pH가 낮으며(pH 7. 8 전후), 유기물 함량이 적으면서 해양 심층수는 표층해수로부터 분리되어 저온 고압 하에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 적은 소집단화(小集團化)된 소집단수(小集團水; Micro-clustered water)로 수질이 안정되어 있다.
물 분자의 집단(集團)의 수(數)는 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR) 17O-NMR 반치폭(半値幅)의 값(㎐)을 측정하여 간접적으로 측정한다.
일반적으로 하천수나 수돗물의 경우 핵자기공명 17O-NMR 반치폭은 130∼150㎐인 반면에 해양 심층수의 경우는 핵자기공명 17O-NMR 반치폭이 70∼80㎐로 소집단화되어 있다.
물의 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값(㎐)의 1/10의 값이 물 분자의 집단수로 알려져 있으며, 하천수나 수돗물과 같이 핵자기공명 17O-NMR 반치폭은 130∼150㎐인 물은 13∼15개의 물 분자가 수소결합(水素結合)에 의해서 집단(集團; Cluster)으로 되어 있으며, 이와 같이 집단이 큰물을 결합수(Bound water)라 하며, 반면에 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값(㎐)이 적으면서 물 분자의 집단이 적은 물은 소집단수(Microclustered water)라 한다.
따라서 해양 심층수는 염분, 일부 유해물질(붕소)을 제거한 후 미네랄밸런스와 산화환원전위 값만 적절히 조정하면 양질의 기능성 음료수가 될 수 있다.
환원성 알칼리음료수로 제조하기 위한 조건을 검토하면 다음과 같다.
1. 건강에 해로운 물질이 함유되어 있지 않아야 한다.
건강에 해로운 유기 염소화합물, 농약, 중금속이온(비소, 납, 카드뮴, 수은, 크롬 … 등), 세균, 바이러스 … 등과 같은 유해성 물질이 함유되어 있지 않아야 한다.
2. 인체에 필요한 미네랄밸런스가 적합하여야 한다.
① 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 농도를 나타내는 경도(硬度)가 10∼300㎎/ℓ범위의 물이 좋다.
② 좋은 물맛의 지수(OI)인 (Ca + K + SiO2) / (Mg + SO4)의 비가 2.0 이상인 물이 맛이 좋다.
③ 건강의 지수(KI)인 Ca - 0.87Na의 값이 5.2 이상인 물이 건강에 좋다.
④ 증발잔류물(蒸發殘留物)의 농도가 30∼300㎎/ℓ이어야 한다.
3. pH는 7.2∼7.4 범위의 약알칼리성의 물이 건강에 좋다.
인체 혈액의 pH는 7.3∼7.45의 약알칼리성으로 체내에서 수소 이온의 농도는 항상 약알칼리성을 유지하면서 생리적 조절을 하므로 약알칼리성 물은 체내에 흡수가 쉬우며, 만약 혈액의 pH가 산성으로 된다면 체내에 박테리아(Bacteria) 및 바이러스(Virus)의 증식이 쉽기 때문에 pH가 7 이하인 산성상태의 물은 좋지 않다.
4. 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화된 소집단수(microclustered water)의 물이 좋다.
물 분자의 집단이 소집단화되면 표면장력(表面張力)이 떨어지면서 세포 내에 침투력이 향상되어 신진대사(新陳代謝)를 활발하게 하며, 또한 침투력이 좋은 물은 청량감이 향상되어 물맛이 좋기 때문에 핵자기공명(NMR) 17O-NMR 반치폭(半値幅)의 값을 60㎐ 이하로 처리된 물이 좋다.
5. 산화환원전위(ORP; Oxidation Reduction Potential) 값이 +100∼-250㎷의 물이 건강에 좋다.
산화환원전위 값이 높다는 것은 산화력이 강하다는 의미이며, 반면에 산화환원전위가 낮다는 것은 환원력이 강하다는 의미이다.
물은 수소와 산소의 화합물로서 수소는-420㎷의 전위로 강한 환원력을 가지며, 산소는＋820 mV의 전위로 강한 산화력을 나타내며, 이로부터 물은, －420∼＋ 820mV의 전위를 나타내며, 산화도 환원도 되어 있지 않은 상태의 물의 전위는 수소와 산소의 전위의 중간인 ＋200㎷가 된다.
생체수의 전위는 개인에 따라서 약간의 차이가 있으나, 인체 부위나 건강 상태에 따라서 다르지만, 대개 0㎷이하의 마이너스(Minus) 전위를 나타내고 있으며, 통상은 호흡이나 식사(체내에서 연소…즉 산화하는 것) 등에 의해서 전위는 올라가며, 그 결과, 체외에 배설된 직후의 요(尿)의 전위는, 건강한 사람의 경우 0∼＋100㎷ 정도이다.
생체수의 수질은, 인체의 건강상태를 좌우하는데 큰 요인이 되며, 음료수도 마시면 몇 초 후에는 생체수로 바뀌기 때문에 산화되어 있지 않은 양질의 물을 섭취하는 것이 좋다.
통상, 수돗물의 전위는＋300∼＋600㎷ 대로 높은 산화상태이며, 건강한 사람의 혀는－100㎷ 전후의 전위이므로 －100∼＋100㎷의 범위의 물이 맛있게 느끼게 되며, －100㎷ 이하의 환원수를 섭취하면 이뇨 작용이 늘어나 혈액이 정화하며, 물의 삼투압이 높아져 미네랄의 용해도가 현저히 증가하므로 미네랄 흡수효율이 향상되며, 다량으로 음용 하면 체내의 산화부분에 작용하여 체질의 개선효과가 있다.
산화환원전위(ORP) 값이 적은 환원성 물은 체내 세포를 산화하여 노화를 촉진하는 활성산소(活性酸素)를 소거(消去)하는 능력이 있기 때문에 건강에 좋으며, 특히 산화환원전위 값이 +100∼-250㎷ 범위의 물이 좋다.
6. 파동이 높은 물이 좋으며, 특히 면역파동(免疫波動)이 높은 물이 건강에 좋다.
7. 유리 탄산(遊離炭酸)이 3∼30㎎/ℓ, 용존산소의 농도가 5∼6㎎/ℓ용해되어 있으면 물맛이 좋다.
8. 유기물 함량을 나타내는 CODMn의 농도가 3 ㎎/ℓ이하, 유리잔류염소(遊離殘留鹽素)의 농도가 0.4 ㎎/ℓ이하, 취기도(臭氣度)가 3 이하, 색도(色度)는 5도 이하, 탁도(濁度)는 2도 이하, 철(鐵)은 0.05㎎/ℓ이하, 망간(Mn)은 0.01㎎/ℓ이하의 물이어야 한다,
9. 수온은 20℃ 이하의 물이 맛이 좋다.
수온은 물맛과 상관관계에 있으며, 10∼14℃의 수온이 물맛이 최적이다.
일반적으로 해양 심층수의 특성은 저온안전성(低溫安全性), 청정성(淸淨性), 부영양성(富榮養性), 미네랄의 특성, 숙성성(熟成性) 등을 언급하고 있으나, 우선 음료수 측면에서 특성을 검토하면 다음과 같다.
1. 매우 청정(淸淨)하면서 인체에 필요한 다양한 미네랄을 함유하고 있다.
심해에는 인체에 필요한 다양한 미네랄성분을 함유하고 있으며, 햇빛이 투과되지 않으면서 저온·고압상태로 병원성 미생물이 거의 존재하지 않으면서 생활 폐수나 환경호르몬과 같은 오염물질이 없는 청정(淸淨)한 상태의 물이다.
2. 해양 심층수는 육상의 광천수(鑛泉水)나 하천수(河川水)에 비해서 무한한 양이 존재하면서 위생적으로 양질의 음료수를 만들 수 있다.
3. 대식세포(大食細胞; Macrophage)의 증식을 활성화하는 것으로 밝혀졌다.
4. 장시간 동안 미네랄과 저온·고압 하에서 숙성되어 핵자기공명(Nuclear magnetic resonance; NMR) 17O-NMR 반치폭의 값이 75∼80㎐로 일반 수돗물의 17O-NMR 반치폭의 값 130∼150㎐에 비해서 물 분자의 집단이 소집단화되어 있다.
5. 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential; ORP) 값이 일반 수돗물에 비해서는 다소 낮은 편이다.
일반 수돗물의 산화환원전위 값 +500∼+700㎷에 비해서 다소 낮은 +165∼+175㎷의 값을 나타낸다.
6. 표층수에 비해서 심층수에서는 산화-환원반응을 반복하면서 2가-3가철(二價-三價鐵)이 다량 존재하기 때문에 자화처리를 하였을 때 파동이 높은 물로 처리되면서 물 분자의 소집단화 효율이 높은 물로 처리가 될 수 있다.
인체의 구성요소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N)의 4가지 원소가 전체의 약 96%와 미네랄성분이 나머지의 4%에 해당하는 원소로 구성되어 있으며, 미네랄은 단백질, 지방질, 탄수화물, 비타민과 5대 영양소의 하나로 신체의 일부의 구성요소로 되어 있으며, 미네랄은 체액 량이나 산·알칼리도의 조정, 근육이나 신경의 기능의 조절에도 빠뜨릴 수 없으며, 비타민과 함께 탄수화물이나 단백질, 지방질 등의 대사에도 깊게 관련되고 있으며, 미네랄의 필요량은 극히 미량이지만 생명 유지에는 필요불가결한 영양소의 하나로, 만약 미네랄 섭취가 부족하면 다양한 질병을 야기할 수 있으며, 특히 칼슘의 부족은 골다공증, 지능발달의 지연, 충치, 허리나 관절의 통증, 근육 경련, 발작, 불면증, 정서불안, 고혈압 등을 일으킬 가능성이 있다.
다시 말해서 미네랄은 신진대사나 호르몬 생성, 조골작용(造骨作用) 등, 몸의 기능을 부드럽게 움직이게 하는 필요불가결한 영양소로서 「몸의 윤활유」 라고도 말할 수 있는 중요한 역할을 하고 있으며, 미네랄이 부족하면 몸이 원활한 기능을 할 수 없게 되며, 미네랄은 체내에서 만들어 낼 수 없기 때문에 음식, 음용수, 소금 등으로부터 보충할 수밖에 없으며, 섭취량이 부족하면 결핍증이 일어나 다양한 병을 야기할 수 있으며, 원활한 생명유지를 하기 위해서는 미네랄밸런스(Mineral Balance)가 적절하면서 필요한 미네랄을 섭취하여야 한다.
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 등이 초 미량으로 되어 있다.
미네랄의 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.
특히 미네랄성분 중에서 칼슘이 부족하면 골다공증이 유발될 수 있으며, 칼슘(Ca)이 섭취부족이 제일 문제시되고 있으며, 필요한 칼슘 섭취량은 600∼700㎎/일이며, 마그네슘은 250∼320㎎/일로 칼슘과 마그네슘은 중량비가 2∼2.4：1의 비율로 섭취하는 것이 중요하다.
그리고 음료수의 경우 좋은 물맛의 지수(OI)인 (Ca + K + SiO2) / (Mg + SO4 2-)의 비가 2.0 이상인 물이 맛이 좋으며, 건강의 지수(KI)인 Ca - 0.87Na의 값이 5.2 이상인 물이 건강에 좋은 것으로 알려져 있다.
그러나 해양 심층수의 경우는 NaCl의 농도가 높으면서 마그네슘(MgCl2와 MgSO4)의 농도가 칼슘(Ca) 염에 비해서 약 3배 정도 높게 함유되어 있는 문제점이 있다.
다시 말해서 미네랄을 식품에 혼합하거나, 음료수에 미네랄조정액으로 사용하기 위해서는 Ca/Mg의 중량비가 2.0 이상이 되면서 황산 이온(SO4 2 -)의 농도가 낮은 것이 바람직 하지만, 표 1에서 보는 바와 같이 해양 심층수에는 Ca/Mg의 무게 비가 0.35이면서 황산 이온의 농도가 약 2,800㎎/ℓ정도로 높게 존재하기 때문에 Ca/Mg의 미네랄밸런스와 황산 이온을 최대한 제거한 미네랄염을 만들어야만 식품이나 음료수에 미네랄조정제로 사용할 수 있는 문제점이 있다.
음료수 중에서 NaCl은 짠맛을 나게 하며, 마그네슘(MgCl2, MgSO4)은 쓴맛을, 칼륨(KCl)은 신맛을, 황산 이온(SO4 2 -)은 산미(酸味)를 나게 하여 물맛을 떨어뜨리게 하는 반면에 칼슘성분은 물맛을 부드럽게 하여 물맛을 좋게 하는 특성이 있다.
그리고 해양 심층수를 취수하여 음료수를 생산할 때 고려하여야 할 사항을 검토하면 다음과 같다.
1. Ca/Mg의 중량비가 2.0 이상이면서, 황산 이온(SO4 2 -)농도가 낮아야 한다.
2. 역삼투 여과공정에서는 운전 중에 스케일(Scale)생성으로 인한 막의 막힘 현상(Fouling)을 유발시켜 압력손실계수의 상승, 공급원수의 편류(偏流) 및 역삼투막의 성능저하를 초래하지 않은 운전조건에서 운전을 하여야 한다.
3. 표면장력 및 점성을 적게 하여 역삼투 여과에서 막 저항을 감소게 하는 방법을 강구하여야 한다.
4. 아미노산, 트레할로스(Trehalose)와 같은 열에 약한 물질이 열분해 되지 않게 고온처리를 해서는 안 된다.
5. 무기미네랄염은 흡수효율이 떨어지기 때문에 유기착염(有機錯鹽) 형태의 미네랄이 좋다.
그리고 해양 심층수로부터 음료수를 생산할 때 상술한 Ca/Mg의 미네랄밸런스 맞지 않은 문제점 외에도 다음과 같은 문제점이 있다.
1. 다량섭취할 경우에 인체의 소화기나 신경계통에 장애를 야기하는 물질로 알려진 붕산은 분자입자가 작은 물질로 단순한 나노여과 및 역삼투 여과, 전기투석방법으로는 완벽하게 제거될 수 없다.
붕소는 이온반경이 0.23Å 정도로 입자의 크기가 적기 때문에 단순한 나노여과 및 역삼투 여과에 의해서는 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려우며, 붕소화합물은 해양 심층수 중에서는 붕산(H3BO3)의 형태로 존재하며, 해리정수(解離定數) pKa의 값이 9 정도로 해수 중에서는 거의 비해리(非解離) 상태로 이온 상태로는 거의 존재하지 않기 때문에 전기투석법에 의해서도 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려운 문제점이 있다.
2. 산화환원전위 값이 수돗물과 같은 일반 음료수 경우는 +500∼+700㎷인데 비해서 +165∼+175㎷로 다소 낮은 편이나, 적정치 +100∼-250㎷에 비해서는 높은 편이다.
3. 핵자기공명(NMR) 17O-NMR 반치폭의 값이 75∼80㎐으로 물 분자의 소집단화율(小集團化率)이 그리 높지 않은 편이다.
본 발명의 출원까지 해양 심층수를 이용하여 음료수용 환원성 알칼리 이온수의 제조나 생산에 관한 기술은 검색되지 않았으며, 일반 담수(淡水)를 이용하여 전해 기능수를 제조하는 방법으로는 일본 특허 공개번호 평(平) 11-319831호와 평(平) 11-57720호가 제시되어 있으나 살균력이 있는 전해 산화수를 제조하는 것이 주목적으로 본 발명과는 기술의 구성과 목적이 다소 상이한 점이 있다.
그리고 해양 심층수를 음용수로 처리하는 경우 제일문제가 되는 붕소화합물의 제거에서는, 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 미네랄밸런스, 물 분자의 소집단화 및 산화환원전위(ORP) 값이 높은 문제점이 있다.
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 무거운 보메도(중보메도)와 물의 비중보다 가벼운 경액용(輕液用)의 가벼운 보메도(경보메도)가 있으며, 이 중에서 중액용은 순수(純水)를 0°Be로 하고, 15% 식염수를 15°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 가지며, 경액용은 10% 식염수를 0°Be로 하고, 순수(純水)를 10°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 매기고 있으며, 보메도(°Be)는 해수의 경우 염 농도(wt%)와 근사(近似)하기 때문에 농도를 표시하는 척도로도 널리 사용되고 있다.
보메도(°Be)와 액체의 비중(d)과의 관계는 다음과 같다.
액체의 비중이 물의 비중보다 무거운 중보메도의 경우는,
d = 144.3 / (144.3 - °Be) ………………………………………………①
액체의 비중이 물의 비중보다 가벼운 경보메도의 경우는,
d = 144.3 / (134.3 + °Be) ………………………………………………②
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 식③과 같다.
　TSS(ppm) = 640 X EC(㎳/㎝) …………………………………………③
그리고 이중의 염분농도(NaCl ppm)는 전기전도율(EC)과의 관계는 다음 식④에 의해서 간단히 추정할 수 있다.
염분농도(NaCl ppm) = 552 × EC(㎳/㎝) - 200 …………………………④
전기전도도 값은 국제단위계인 ㎳/m(millisimenss/meter), 또는 ㎲/㎝(microsiemens/centimeter) 단위로 표기하며, ㎳/m = 10㎲/㎝(또는 10μmhos/㎝)이다.
본 발명은 오염물질이 전혀 오염되어 있지 않으면서 다양한 미네랄성분이 함유되어 있는 해양 심층수를 이용하여 건강과 물맛이 좋은 환원성 알칼리 이온수를 생산하는 방법을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리와 모래여과 - 정밀여과 - 한외여과를 하는 전처리단계, 나노여과(Nano filtration)와 pH를 9∼11로 조정과 2차 역삼투공정에서 염분을 제거하는 탈염처리단계, 환원성 알칼리 이온수를 생산하는 단계, 2차 pH조정 및 미네랄조정단계, 정전압 및 자화처리단계, 살균, 검사, 용기충전 및 포장단계에 의해서 음료용 환원성 알칼리 이온수를 생산하는 것에 특징이 있다.
해양 심층수를 이용하여 환원성 알칼리이온 음료수를 생산할 때 고려하여야 할 사항을 검토하면 다음과 같다.
1. 붕소화합물을 음용수 기준치 0.3㎎/ℓ 이하로 처리하여야 한다.
해양 심층수에는 붕소가 4∼5㎎/ℓ범위로 함유되어 있으면서 붕산(H3BO3)의 형태로 존재하는 데, 붕소는 이온반경이 0.23Å 정도로 입자의 크기가 적기 때문에 나노여과 및 역삼투 여과에 의해서는 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어렵기 때문에 최종 역삼투여과(Reverse osmosis filtration)처리에서는 pH를 9∼11 범위의 알칼리(Alkali)로 처리하여 붕산을 겔(Gel) 상태의 폴리(Poly) 붕산으로 전환하여 처리를 한다.
수중의 붕산은 알칼리처리를 하면 다음과 같은 ⑤의 반응에 의해서 겔 상태의 폴리 붕산으로 전환된다.
B(OH)3 + OH_ → [B(OH)4]- → [B3O3(OH)4]- → [B4O5(OH)4]2-→ [B5O6(OH)4]- …⑤
2. 미네랄밸런스(Mineral balance)가 적합하여야 한다.
미네랄성분 중에서 칼슘이 부족하면 골다공증이 유발될 수 있으며, 칼슘(Ca)이 섭취부족이 제일 문제시되고 있으며, 성인의 경우 필요한 칼슘 섭취량은 600~700㎎/일이며, 마그네슘은 250~320㎎/일로 칼슘(Ca)/마그네슘(Mg)의 중량비가 2 이상의 비율로 섭취하는 것이 좋다.
미네랄을 음료수에 미네랄조정액으로 사용하기 위해서는 Ca/Mg의 중량비가 2.0 이상이 되면서 황산 이온(SO4 2 -)의 농도가 낮은 것이 바람직 하지만, 표 1에서 보는 바와 같이 해양 심층수에는 Ca/Mg의 무게 비가 0.35로 칼슘에 비해서 마그네슘의 함량이 월등히 높으면서 황산 이온의 농도가 약 2,800㎎/ℓ정도로 높게 존재하기 때문에 Ca/Mg의 밸런스의 조정과 황산 이온을 최대한 제거한 미네랄 염의 상 태로 만든 미네랄조정제를 사용하는 것이 바람직하다.
수중에서 칼슘은 순하면서 부드러운 맛을 나게 하는 반면에 마그네슘은 쓴맛을, 칼륨은 신맛을, 소금은 짠맛을 나게 한다.
본 발명에서 미네랄밸런스는 경도(硬度)를 10∼1,000㎎/ℓ범위로 조정하면서, 좋은 물맛의 지수(OI)는 2.0 이상, 건강의 지수(KI)는 5.2 이상이 되도록 미네랄밸런스(Mineral balance)를 조정한다.
좋은 물맛의 지수(OI) = (Ca + K + SiO2) / (Mg + SO4) ………… ⑥
건강의 지수(KI) = Ca - 0.87Na ……………………………………… ⑦
3. 산화환원전위(ORP; Oxidation Reduction Potential) 값을 -150∼-250㎷ 범위로 조정한다.
산화환원전위 값이 +200㎷ 이하인 물을 환원수라 하며, 환원수는 체내의 활성산소(活性酸素)를 소거(消去)하는 능력이 있어 건강에 좋으며, 산화환원전위 값이 -250㎷ 이하인 경우에는 물맛을 떨어뜨리기 때문에 본 발명에서는 산화환원전위 값을 -150∼-200㎷ 범위로 조정한다.
해양 심층수의 산화환원전위 값은 수돗물과 같은 일반 음료수의 +500∼+700㎷에 비해서는 +165∼+175㎷로 다소 낮은 편이나, 적정치 +100∼-250㎷에 비해서는 높은 편이다.
4. 핵자기공명(NMR; Nuclear Magnetic Resonance) 17O-NMR 반치폭(半値幅)의 값이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; Microclustered water)로 처리한다.
물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화되면 표면장력(表面張力)이 떨어지면서 침투력이 향상되어 세포에 흡수력이 증가하면서 대사활동을 활발하게 하는 것으로 밝혀 졌다.
핵자기공명(核磁氣共鳴; NMR) 17O-NMR 반치폭(半値幅) 값의 1/10이 물 분자의 집단수(集團數)와 같으며, 17O-NMR 반치폭의 값이 60㎐인 물 분자의 집단수는 6개인 소집단수(小集團水; Microclustered water)이다.
수돗물의 경우 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값은 130∼150㎐이며, 세계에서 유명한 명수로 알려진 프랑스(France)의 루르드(Lourdes) 및 에비앙(Evian)의 광천수, 독일의 노르데나우(Nordenau), 인도의 나다나(Nadana), 멕시코의 트라코테(Tlacote) 등은 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값이 60∼70㎐으로 일반 수돗물에 비해서는 적은 값을 나타내고 있으며, 해양 심층수의 경우는 75∼80㎐으로 소집단화율이 그리 높지 않은 편이다.
일반적으로 수돗물과 같이 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값은 130∼150㎐이면서 물 분자의 집단수가 13∼15개로 물 분자의 집단이 큰물을 결합수(Bound water)라 하며, 반면에 17O-NMR 반치폭의 값은 60㎐이하인 물 분자의 집단이 6개 이하로 물 분자 집단이 적은 물을 소집단수(Microclustered water)라 한다.
본 발명에서는 물 분자의 집단을 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값이 48∼60 ㎐ 범위의 소집단수로 처리를 한다.
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
Ⅰ. 전처리단계
1. 취수 및 가온 처리공정
전처리공정에서는 수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 나노여과, 역삼투 여과, NaCl의 탈염처리, 농축 및 황산 이온의 제거처리 등의 후속처리를 원만하게 처리될 수 있도록 가온 처리와 전처리여과를 한다.
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.
집수조에 취수된 해양 심층수는 온도가 낮으면서 점도가 높아 여과효율이 떨어지기 때문에 20∼30℃로 가온 처리를 한다.
역삼투 여과에서 수온이 1℃ 상승하면 막 투과수량은 3% 정도 증가한다.
가온 방법은 보일러(Boiler)에서 열을 공급받거나, 여름철에는 해양 표층수를 이용할 수도 있다.
2. 전처리여과공정
전처리여과공정은 모래여과(Sand filter), 정밀여과(Micro filter), 한외여과(限外濾過; Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상을 조합한 여과를 하여 후단 나노여과(Nanofiltration)와 역삼투여과(Reverse osmosis filtration)에서 막의 막힘(Fouling) 현상이 야기될 수 있는 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거한다.
이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정하며, 모래여과의 여과속도는 6∼10m/시간으로 하고, 여과사(濾過砂)의 유효경(有效徑)은 0.3∼0.45㎜, 균등계수(均等係數)는 2.0 이하로 하며, 여층(濾層)의 두께는 0.5∼1.0m로 한다.
이때 취수된 해양 심층수의 탁도(濁度)가 2㎎/ℓ이하인 경우는 모래여과는 할 필요가 없다.
그리고 정밀여과(Micro-filter)와 한외여과(Ultra-filter)는 여과 막의 종류에는 구애받지 않으며, 벤더(Vendor)의 사양에 따라서 여과속도와 압력손실을 고려하여 펌프(Pump)의 공급압력을 결정한다.
정밀여과 또는 한외여과에서 여과는 나노여과 및 역삼투 여과공정에 공급하는 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리한다.
FI값은 대상 수중의 미세한 탁질 농도를 나타내는 수치로 다음 ⑧식으로 표현된다.
FI = (1－T0/T15)×100/15 …………………………⑧
여기서 T0는 0.45㎛의 정밀여과 막을 이용해 시료 수를 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 한 시간이다.
Ⅱ. 탈염처리 단계
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.
그리고 나노여과 막의 소재는 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 치밀 층(緻密層)으로 되어 있으며, 치밀 층으로부터 막 내부 혹은 한 면의 막을 향해서 서서히 큰 구멍 지름의 미세 구멍을 가지는 비대칭막(非對稱膜)이나, 이러한 비대칭 막의 치밀 층 위에 다른 소재로 형성된 매우 얇은 분리기능층(分離機能層)을 가지는 복합 막(複合膜) 등을 사용할 수 있으며, 피페라진 폴리아미드계 복합 막이 바람직하지만 본 발명에서는 막의 재질과 구조에는 특별히 제한하지는 않는다.
1. 나노여과공정
전처리여과공정에서 수중의 부유고형물질을 제거한 해양 심층수는 나노여과공정으로 보내어 여과되지 않은 황산 이온 함유 염수는 방류하고, 여과 수는 1차 역삼투 여과공정으로 보낸다.
나노여과 막에서 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.
1차 나노여과공정에서는 1차 해양 심층수 중에 용해되어 있는 CaCO3, CaSO4, SrSO4와 같이 용해도가 작아 역삼투 여과공정에서 염을 농축하는 과정에, 막(膜)에서 스케일(Scale)이 생성되어 막 막힘(Fouling) 현상을 최대한 억제하기 위해서 황산 이온(SO4 2 -)을 제거한다.
제1나노여과공정에서 공급압력은 염 농도가 3.5wt%인 해양 심층수의 삼투압 25기압(atm)보다 낮은 15∼20기압(atm)으로 하며, 이때 나선형 막의 경우 막투과수량(膜透過水量)은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하면 이때 막 투과수량은 유입수량의 70∼80%가 된다.
[실시 예1]
표1의 해양 심층수를 25℃로 가온 처리 후 한외 여과에서 FI값이 3.2로 전처 리한 여과수를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 가교폴리아미드(Cross-linked polyamide) 재질의 모델번호 SU-610의 나선형 나노여과 막을 사용하여 압력을 18㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 1.18㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 76%가 되었으며, 이때 여과한 결과 여과 수의 주요성분의 분석 치는 다음 표 2의 내용과 같다.
표 2 나노여과의 원수와 여과수의 주요성분 분석 치
항 목 전처리된 해양 심층수(원수) 여과 수 제거율(%)
pH 7.80 7.23 -
Na+(㎎/ℓ) 10,820 9,620 11.10
Cl-(㎎/ℓ) 22,373 17,248 22.90
Ca2 +(㎎/ℓ) 457 336 26.47
Mg2 +(㎎/ℓ) 1,302 1,052 19.20
K+(㎎/ℓ) 413 356 13.80
SO4 2 -(㎎/ℓ) 2,830 602 78.73
B(㎎/ℓ) 4.44 4.43 0.23
표 2의 내용에서 보는 봐와 같이 해양 심층수를 나노여과처리를 한 결과, 붕소화합물은 거의 제거되지 않았으며, 염분과 칼슘, 마그네슘 등은 제거율이 10∼26% 정도로 낮았지만 황산 이온은 78.73%로 제거율이 상당히 높았다.
2. 1차 역삼투 여과공정
나노여과공정에서 여과된 여과 수가 1차 역삼투 여과공정에 공급되면, 운전압력을 50∼60기압(atm)으로 여과 막에 공급하며, 나선형여과 막의 경우 막투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 염분은 99.0 ∼ 99.85wt% 범위로 제거되며, 여과되지 않고 농축된 농축 염수는 소금 및 미네랄제조공정으로 보내면서 염분이 탈 염(脫鹽)된 여과 수는 1차 pH조정공정으로 보낸다.
[실시 예2]
실시 예1의 나노여과에서 여과된 여과수(濾過水)인 탈황산이온염수를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 고압용 역삼투막 모델번호 SU-810의 나선형 역삼투여과막을 사용하여 압력을 58㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 0.70㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 50%가 되었으며, 이때 여과한 결과, 여과된 탈 염수의 수질의 주요성분 분석 치는 다음 표 3의 내용과 같다.
표3 1차 역삼투 여과에서 여과 수인 탈 염수의 주요성분 분석 치
항 목 유입수(탈 황산 이온 염수) 여과 수(탈 염수) 제거율(%)
pH 7.24 7.20 -
Na+(㎎/ℓ) 9,620 36.2 99.62
Cl-(㎎/ℓ) 17,248 68.22 99.60
Ca2 +(㎎/ℓ) 336 0.58 99.83
Mg2 +(㎎/ℓ) 1,052 1.86 99.82
K+(㎎/ℓ) 356 1.68 99.53
SO4 2 -(㎎/ℓ) 602 3.63 99.40
B(㎎/ℓ) 4.43 1.78 59.82
표 3의 내용에서 보는 봐와 같이 해양 심층수를 역삼투 여과에서는 대부분의 물질은 99% 이상 고도로 제거되었으나 붕소화합물은 1.78㎎/ℓ으로 제거율이 60% 이하로 매우 낮았으며, 음용수 수질 기준치 0.3㎎/ℓ의 6배를 초과하기 때문에 이를 음료수 생산용으로 사용은 불가능하였다.
3. 1차 pH조정공정
1차 pH조정공정에서는 알칼리(Alkali)제로 NaOH, NaHCO3, Na2CO3 중 한 종류를 공급하여 pH를 9∼11의 범위로 조정하여 수중의 붕산성분을 폴리 붕산으로 처리 하여 2차 역삼투 여과공정으로 보낸다.
1차 pH조정공정의 운전조건은 pH조정 방법은 교반시간(체류시간)을 15∼30분간, 180∼360RPM(회전속도)의 프로펠러 교반기로 교반하면서 1차 역삼투공정의 탈 염수에 알칼리를 주입하여 pH를 9∼11로 조정한다.
4. 2차 역삼투 여과공정
1차 pH조정공정에서 pH를 9∼11로 조정하여 2차 역삼투 여과공정에 공급되면, 운전압력은 10∼20기압(atm)으로 여과 막에 공급하며, 나선형여과 막의 경우 막 투과수량은 0.6∼0.8㎥/㎡·일로 운전하여 여과되지 않은 붕소 함유 수는 중화처리 후 해저 200m이하의 원래의 위치로 방류하고, 붕소농도를 음료수 기준치인 0.3㎎/ℓ이하로 여과된 여과 수는 전기분해장치(1)의 음극실(3)로 보낸다.
2차 역삼투 여과공정에서는 pH가 9∼11의 알칼리상태로 공급되어도 스케일(Scale)을 생성하는 CaCO3, CaSO4 , SrSO4와 같은 물질은 나노여과공정에서 제거되었기 때문에 스케일의 생성은 크게 문제되지 않는다.
[실시 예3]
실시 예2의 1차 역삼투 여과에서 여과된 여과 수인 탈 염수를 1차 pH조정공정에서 pH를 9.5로 조정하여 수중의 붕소화합물을 폴리 붕산의 형태로 전환한 다음, 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 저압용 역삼투막 모델번호 SU-710의 나선형 역삼투 여과 막을 사용하여 압력을 25㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 0.72㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 82%가 되었으며, 여과 수(탈 붕소수) 중의 붕소(B)의 농도를 측정한 결과 0.12㎎/ℓ로 음료수 중의 붕소 기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리되어 음료수로 이용할 수 있었다.
Ⅲ. 환원성 알칼리 이온수를 생산하는 단계
2차 역삼투 여과공정에서 여과된 여과 수를 양극실(2)과 음극실(3) 사이에 격막(6)으로 격리된 전기분해장치(1)의 음극실(3)로 공급하고, 양극실(2)로는 전해질로 해양 심층수 원수를 공급하고, 정류기(7)로부터 4∼20볼트(Volt)의 직류전기를 인가(印可)하여 음극실(3)의 산화환원전위(酸化還元電位, Oxidation-reduction potential, ORP) 값이 -150∼-250㎷ 범위가 되게 산화환원전위지시제어기(Oxidation reduction potential indicating switch, ORPIS)로 정류기(7)로부터 인가되는 전류를 조정하여 생산된 전해환원수인 환원성 강알칼리 이온수는 2차 pH조정 및 미네랄 조정조(8)로 보내며, 이때 음극실(3)의 수소 이온농도지시계(pH indicator,pHI)에 나타나는 pH는 10∼13 범위가 된다.
양극실(2)에 공급하는 양극실 용수는 수소 이온농도지시제어기(pH indicating switch, pHIS)로 pH가 1.5∼3.0 범위가 되게 유입 측의 솔레노이드밸브(Solenoid valve, ⓢ)를 조정하면서 양극실 용수를 공급하며, 이때 산화환원전위지시계(Oxidation reduction potential indicator, ORPI)에 나타나는 산화환원전위 값은 +850∼+1,100㎷ 범위의 전해산화수가 생성된다.
상술한 전기분해장치(1)에서 일어나는 전기화학반응의 메커니즘(Mechanism)은 다음과 같다.
물은 전해질 용액에서 다음 ⑨의 반응식에서와 같이 해리한다.
H2O ↔ 2H+ + OH- …………………………………………………… ⑨
양극실(3)에서 반응
2OH- → H2O + [O] + 2e- → H2O + 1/2O2 (g)↑ + 2e- ………………⑩
2Cl- ( aq ) → Cl2 ( aq ) + 2e- → Cl2 (g)↑ + 2e …………………………⑪
양극실(3) 용액반응
Cl2 ( aq ) + [O] → HClO( aq ) ………………………………………………⑫
여기서 [O]는 물에 용해되어 있는 활성산소 상태를 의미하며, O2 (g)↑는 가스상태로 대기 중으로 배출되는 상태의 산소를 의미한다.
그리고 Cl2 ( aq )는 수중에 용해되어 있는 염소를 의미하며, Cl2 (g)↑는 가스상태로 대기 중으로 배출되는 상태의 염소를 의미한다.
음극실(2) 반응
2H2O + 2e- → 2OH- + 2[H] → 2OH- + 2H2 (g)↑ ……………………⑬
여기서 [H]는 수중에 용해되어 있는 활성수소 상태를 의미하며, H2 (g)↑는 가스상태로 대기 중으로 배출되는 상태의 수소를 의미한다.
전기분해장치(1)의 재질은 절연체인 아크릴수지(Acrylic resin), PP(Polypropylene), ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), PE(Polyethylene), PVC(Polyvinylechloride), FRP(Fiber glass reinforced plastic), 베이클라이트(Bakelite), 에보나이트(Ebonite)나 강판이나 콘크리트 구조물에 FRP, 에폭시수지(Epoxy resin), 고무를 코팅(Coating) 또는 라이닝(Lining) 한 것을 사용한다.
양극실(2)에 설치된 양극(4)은 내식성(耐蝕性) 재질이면서 산소와 염소발생 과전압(Overvoltage)이 높은 티타늄 판(Titanium plate)에 TiO2-RuO2-SnO2를 소부 코딩한 DSA(Dimensionally stable anode)전극을 사용하며, 음극(5)은 수소발생 과전압이 높은 강판(鋼板)에 레이니 니켈(Raney nickel)을 코팅 또는 라이닝 한 전극을 사용한다.
격막(6)은 직포(織布), 부직포(不織布), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리오레핀(polyolefin), 퍼플루오로술폰산(Perfluorosulfonic acid)계 수지 등 어떠한 형상의 것이 여도 좋고, 물리적인 공극(空隙) 또는 공공(空孔)을 갖추고 있으면서 전하를 투과시켜 이동시킬 수 있는 기능을 갖추고 있는 것으로서 고체 전해질 막과 같이 전하를 투과시켜 이동시킬 수 있는 기능을 갖추고 있는 것이 이용된다.
[실시 예4]
양극실(2)의 크기가 1,000㎜(길이)×500㎜(폭)×1,000㎜(깊이)이고, 음극실(3)의 크기도 양극실(2)의 크기와 동일한 1,000㎜(길이)×500㎜(폭)×1,000㎜(깊이)인 크기의 사이에 튜본(Dupont)사의 퍼플루오로술폰산(Perfluorosulfonic acid) 계 나피온 수지(Nafion resin) Nafion-115의 격막(6)으로 격리(隔離)하고, 양극(4)은 800㎜(폭)×1,000㎜(높이)×5㎜(두께)의 티타늄 판에 TiO2-RuO2-SnO2를 소부 코딩한 DSA전극을 사용하고, 음극(3)은 800㎜(폭)×1,000㎜(높이)×10㎜(두께)의 강판에 레이니 니켈(Raney nickel)을 3㎜두께로 라이닝 한 전극을 사용한 전해분해장치(1)의 양극실(2)로는 전처리여과를 한 해양 심층수를 공급하고, 음극실(3)에는 실시 예3에서 처리한 2차 역삼투 여과공정에서 여과한 탈염수를 1㎥/hr의 유량으로 공급하면서 정류기(7)로부터 6∼10볼트(Volt)의 직류전기를 인가하여 산화환원전위(ORP) 값을 -200∼-220㎷ 범위 전해 환원수인 환원성 강알칼리 이온수를 생산하였다.
이때 음극실(2)의 pHI의 pH는 12.6∼12.8이었으며, 양극실(2)의 pHIS의 pH를 2∼2.5의 범위로 조정하였을 때 유입된 해양 심층수는 0.82㎥/hr이였으며, ORPI의 산화환원전위 값은 +1,020∼+1,030㎷이었다.
Ⅳ. 2차 pH조정 및 미네랄조정단계
전기분해장치(1)의 음극실(3)에서 배출되는 전해 환원수인 환원성 강알칼리 이온수가 2차 pH조정 및 미네랄조정조(8)에 공급되면 금속(미네랄)과 반응하여 착염을 생성하는 주석산(Tartaric acid), 호박산(Succinic acid), 사과산(Malic acid), 구연산(Citric acid), 젖산(Lactic acid), 아스코르브산(Ascorbic acid), 글루콘산(Gluconic acid), 아미노산(Amino acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼 합한 유기산(有機酸)을 주입하면서 교반기(9)로 교반하여 pH를 7.3∼8.5 범위의 약 알칼리성으로 조정하면서, 해양 심층수를 역삼투 여과공정에서 농축된 농축 염수를 소금 및 미네랄염 제조공정에서 NaCl과 KCl을 제거한 2가 이상의 미네랄 염을 Ca/Mg의 중량비가 2∼6 범위로 제조된 것에 비환원성이당류(非還元性二糖類; Nonreducing disaccharide)인 자당(蔗糖; Sucrose)이나 트레할로스(Trehalose)를 단독 또는 2종류를 혼합한 것을 3∼10wt% 범위로 혼합하여 만든 미네랄조정제를 전기전도율지시제어기(Electric conductivity indicating switch, ECIS)를 조정하여 경도(硬度)를 30∼1,000㎎/ℓ 범위로 조정한 환원성 (약)알칼리 이온수는 정전압 및 자화처리단계의 전자처리수조(11)로 공급한다.
교반은 프로펠러 교반기로 유량(Q)/체적(V)을 1∼5분의 범위에서 교반시간(체류시간) 0.5∼2시간 동안 180∼360RPM으로 교반·혼합한다.
교반기(9)의 재질은 내식성 재질인 스테인리스강, 티타늄(Titanium), 브론즈(Bronze) 합금 중에서 한 종류를 사용한다.
그리고, 정전압 및 자화처리단계를 생략하는 경우에는 pH와 경도를 조정한 환원성 (약)알칼리 이온수를 살균, 검사, 용기충전 및 포장단계로 보내어 환원성 알칼리이온 음료수제품을 제조한다.
[실시 예5]
실시 예4에서 제조된 환원성 강알칼리 이온수를 1㎥/hr의 유량으로 800㎜(폭)×800㎜(길이)×1,000㎜(깊이) 크기의 2차 pH조정 및 미네랄 조정조(8)로 공급하고, 스테인리스강 프로펠러 교반기로 Q/V = 1.5, 360RPM으로 교반하면서 아스코 르브산을 공급하여 pH를 7.8∼8.0으로 조정하고, 해양 심층수에서 건량기준(乾量基準)으로 NaCl을 2wt%이하로 제거한 미네랄 염에 칼슘제를 가해서 Ca/Mg의 중량비를 4로 조정한 것에 트레할로스를 5wt% 혼합하여 제조된 미네랄조정제를 전기전도율지시제어기(ECIS)로 전기전도율을 250∼260㎲/㎝ 범위로 조정하면서 주입한 결과 수질 분석 치는 다음 표4의 내용과 같다.
표4 환원성 강알칼리 이온수를 pH조정 및 미네랄조정을 한 환원성 알칼리 이온수의 수질 분석 치
항 목 환원성 알칼리 이온수 비고 (먹는 물 기준치)
pH 7.9 5.8∼8.5
전기전도율(㎲/㎝) 256
산화환원전위 값(㎷) -211
경도(㎎/ℓ) 212.6 300 이하
Na+(㎎/ℓ) 31.8 200 이하(WHO기준)
Cl-(㎎/ℓ) 56.4 250 이하
Ca2 +(㎎/ℓ) 42.6
Mg2 +(㎎/ℓ) 16.6
K+(㎎/ℓ) 1.1
SiO2(㎎/ℓ) 2.3
SO4 2 -(㎎/ℓ) 5.1 200 이하
B (㎎/ℓ) 0.12 0.3 이하
표 4의 내용의 처리결과를 검토하면 전술한 식⑥의 좋은 물맛의 지수(OI) = (Ca + K + SiO2) / (Mg + SO4 2 -) 의 값은 (42.6 + 1.1 + 2.3)/(16.6 + 5.1) = 2.12로, 좋은 물맛의 지수의 기준치 2.0 이상 되며, 식⑦의 건강의 지수(KI) = Ca- 0.87Na = 42.6 -0.87×31.8 ≒ 15로, 기준치 5.2 이상으로 미네랄밸런스가 적절하게 조정되었으며, 또한 산화환원전위 값도 -211㎷로 적절하게 처리되었다.
그리고 붕소(B)의 농도도 음료수 기준치 0.3㎎/ℓ이하인 0.12㎎/ℓ까지 처리 되었다.
Ⅴ. 정전압 및 자화처리단계
환원성 알칼리 이온수로 처리된 물의 물 분자 집단(Cluster)을 소집단화하고자 하는 경우는, 환원성 알칼리 이온수를 정전압 및 자화처리공정의 고압 정전압처리(靜電壓處理)와 정전압도전관(靜電壓導電管) 자화기나 영구자석으로 자화처리를 하여 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화된 소집단수(Microclustered water)로 처리를 하여 표면장력과 점성을 떨어뜨려 청량감이 향상되도록 한다.
고압 정전압처리와 자화기(20)에서 자화처리를 조합한 공정은, 환원성 알칼리 이온수로 처리된 물을 전자처리수조(10)에 주입하고, 정전압발생장치(17)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(12)에 3,000∼5,000Volt(전계강도 0.3∼15㎸/m)의 전압과 0.4∼1.6㎶의 전류를 인가하여 전극(12)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)하여, 중간처리수 저장조(18)로 보내어 자화기 공급펌프(19)로 정전압도전관(靜電壓導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5V 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가하는 자화기(20)로 보내어 자화처리를 한 후에 일부는 전자처리수조(11)로 반송하면서 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR)의 17O-NMR의 반치폭(半値幅)의 값이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; microclustered water)가 생산되면 나머지는 처리수 저장조(11)로 보내었다가 처리수 이송펌프(22)에 의해 살균, 검사, 용기충전 및 포장단계의 살균공정으로 보낸다.
중간처리수 저장조(18)에서 자화기 공급펌프(19)로 자화기(20)로 보내어 전자처리수조(11)로 반송하는 유량은 유입수 유량의 1∼4배로 한다.
전자처리수조(11)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(12)의 망을 설치하고, 하부에는 절연체(13)인 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC), 스티로폼(Styrofoam) 중에서 한 종류를 선택하여 설치하고, 절연체(13) 하부에는 도체이면서 내식성 재질인 스테인리스 강판(14)을 기초 콘크리트 구조물(15) 사이에 설치하며, 스테인리스 강판(14)은 땅에 접지(16)한다.
정전압도전관 자화기(20)는 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성 재료의 원통형 도전관에 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 처리된다.
그리고 정전압도전관 자화기(20) 대신에 12,000∼15,000G(Gauss)범위로 착자(着磁)된 영구자석 자화기(20)를 설치하여도 된다.
그리고 처리수의 용량이 대용량인 경우에는 목탄(木炭)을 충전한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 전극(12)의 망이 내장된 전자처리수조(11)를 다단을 설치 하여 처리한다.
본 발명에서와 같이 고압 정전압처리와 자화처리에 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 향상되면서 각종 미네랄성분은 자화처리 의해서 활성화되어 섭취를 하였을 때 흡수율이 우수한 활성미네랄(Activated mineral)이 생성되는 특성이 있다.
[실시 예6]
실시 예 5에서 처리된 환원성 알칼리 이온수를 1㎥/hr의 유량으로 스테인리스 망에 참숯 2㎥를 충전한 전극(12)이 내장된 2,000㎜(폭)×2,000㎜(길이)×1,200㎜(깊이) 크기의 전자처리수조(11)에 주입하고, 정전압발생장치(17)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(2)에 3,500Volt(전계강도 1.2KV/m)의 전압과 0.5μA의 전류를 4.8시간 동안 인가하여 처리를 한 다음, 중간처리수 저장조(18)로 보내어 자화기 공급펌프(19)로 4㎥/hr의 유량으로 정전압도전관에 감은 코일에 0.6V 범위의 직류를 인가한 자화기(20)로 보내어 자화처리를 한 후에 3㎥/hr는 전자처리수조(11)로 반송하면서 처리수는 1,000㎜(폭)×1,000㎜(길이)×1,200㎜크기의 처리수 저장조(21)로 보낸 환원성 알칼리 이온수의 핵자기공명의 17O-NMR의 반치 폭을 측정한 결과 52㎐로 처리되었다.
Ⅵ. 살균, 검사, 용기충전 및 포장단계
정전압 및 자화처리단계에서 소집단수로 처리된 환원성 알칼리 이온수는 자외선살균처리나 가열살균에 의한 살균처리를 한 다음, 검사 후 용기에 충전하고, 이를 포장하여 환원성 알칼리이온 음료수제품으로 출하한다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 건강에 좋은 음료로 널리 알려진 환원성 알칼리이온 음료수를 오염물질이 전혀 오염되어 있지 않은 해양 심층수로부터 양질의 환원성 알칼리이온 음료수를 제조할 수 있기 때문에 이 분야에 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.

Claims (4)

  1. Ⅰ. 전처리단계
    1. 취수 및 가온 처리공정
    수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리를 한다.
    2. 전처리여과공정
    20∼30℃로 가온 처리된 해양 심층수를 모래여과(Sand filter), 정밀여과(Micro filter), 한외여과(限外濾過; Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상을 조합한 여과를 하여 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리한다.
    Ⅱ. 탈염처리 단계
    1. 나노여과공정
    전처리여과공정에서 수중의 부유고형물질을 제거한 해양 심층수는 15∼20기압(atm)으로 나노여과공정에 보내어 여과되지 않은 황산 이온 함유 염수는 방류하고, 여과 수는 1차 역삼투 여과공정으로 보낸다.
    2. 1차 역삼투 여과공정
    나노여과공정에서 여과된 여과 수가 1차 역삼투 여과공정에 공급되면, 운전압력을 50∼60기압(atm)으로 여과 막에 공급하여 여과되지 않고 농축된 농축 염수는 소금 및 미네랄제조공정으로 보내면서 염분이 탈염된 여과 수는 1차 pH조정공정으로 보낸다.
    3. 1차 pH조정공정
    1차 pH조정공정에서는 알칼리(Alkali)제로 NaOH, NaHCO3, Na2CO3 중 한 종류를 공급하여 pH를 9∼11의 범위로 조정하여 수중의 붕산성분을 폴리 붕산으로 처리하여 2차 역삼투 여과공정으로 보낸다.
    4. 2차 역삼투 여과공정
    1차 pH조정공정에서 pH를 9∼11로 조정하여 2차 역삼투 여과공정에 공급되면, 운전압력은 10∼20기압(atm)으로 여과 막에 공급하여 여과되지 않은 붕소 함유 수는 중화처리 후 해저 200m이하의 원래의 위치로 방류하고, 여과된 여과 수는 전기분해장치(1)의 음극실(3)로 보낸다.
    Ⅲ. 환원성 알칼리 이온수를 생산하는 단계
    2차 역삼투 여과공정에서 여과된 여과 수를 전기분해장치(1)의 음극실(3)로 공급하고, 양극실(2)로는 전해질로 해양 심층수 원수를 공급하고, 정류기(7)로부터 4∼20볼트(Volt)의 직류전기를 인가(印可)하여 음극실(3)의 산화환원전위(酸化還元電位, Oxidation-reduction potential, ORP) 값이 -150∼-250㎷ 범위가 되게 산화환원전위지시제어기(Oxidation reduction potential indicating switch, ORPIS)로 정류기(7)로부터 인가되는 전류를 조정하여 생산된 전해환원수인 환원성 강알칼리 이온수는 2차 pH조정 및 미네랄 조정조(8)로 보낸다.
    Ⅳ. 2차 pH조정 및 미네랄조정단계
    전기분해장치(1)의 음극실(3)에서 배출되는 전해 환원수인 환원성 강알칼리 이온수가 2차 pH조정 및 미네랄조정조(8)에 공급되면 주석산(Tartaric acid), 호박 산(Succinic acid), 사과산(Malic acid), 구연산(Citric acid), 젖산(Lactic acid), 아스코르브산(Ascorbic acid), 글루콘산(Gluconic acid), 아미노산(Amino acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 유기산(有機酸)을 주입하면서 교반기(9)로 교반하여 pH를 7.3∼8.5 범위의 약 알칼리성으로 조정하면서, 해양 심층수를 역삼투 여과공정에서 농축된 농축 염수를 소금 및 미네랄염 제조공정에서 NaCl과 KCl을 제거한 2가 이상의 미네랄 염을 Ca/Mg의 중량비가 2∼6 범위로 제조된 것에 비환원성이당류(非還元性二糖類; Nonreducing disaccharide)인 자당(蔗糖; Sucrose)이나 트레할로스(Trehalose)를 단독 또는 2종류를 혼합한 것을 3∼10wt% 범위로 혼합하여 만든 미네랄조정제를 전기전도율지시제어기(Electric conductivity indicating switch,ECIS)를 조정하여 경도(硬度)를 30∼1,000㎎/ℓ 범위로 조정한 환원성 알칼리 이온수는 정전압 및 자화처리단계의 전자처리수조(11)로 공급한다.
    Ⅴ. 정전압 및 자화처리단계
    환원성 알칼리 이온수로 처리된 물을 전자처리수조(10)에 주입하고, 정전압발생장치(17)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(12)에 3,000∼5,000Volt(전계강도 0.3∼15㎸/m)의 전압과 0.4∼1.6㎶의 전류를 인가하여 전극(12)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)하여, 중간처리수 저장조(18)로 보내어 자화기 공급펌프(19)로 정전압도전관(靜電壓導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5V 범위의 교류 또는 직류 의 저전압(低電壓)을 인가하는 자화기(20)로 보내어 자화처리를 한 후에 일부는 전자처리수조(11)로 반송하면서 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR)의 17O-NMR의 반치폭(半値幅)의 값이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; microclustered water)가 생산되면 나머지는 처리수 저장조(11)로 보내었다가 처리수 이송펌프(22)에 의해 살균, 검사, 용기충전 및 포장단계의 살균공정으로 보낸다.
    Ⅵ. 살균, 검사, 용기충전 및 포장단계
    정전압 및 자화처리단계에서 소집단수로 처리된 환원성 알칼리 이온수는 자외선살균처리나 가열살균에 의한 살균처리를 한 다음, 검사 후 용기에 충전하고, 이를 포장하여 환원성 알칼리이온 음료수제품으로 출하한다.
    상술한 처리단계에 의해서 해양 심층수로부터 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 정전압 및 자화처리단계를 생략한 처리과정에 의해서 해양 심층수로부터 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 정전압도전관 자화기(20) 대신에 12,000∼15,000G(Gauss)범위로 착자(着磁)된 영구자석 자화기(20)를 설치하여 해양 심층수로부터 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 처리수의 용량이 대용량인 경우에는 목탄(木炭)을 충전한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 전극(12)의 망이 내장된 전자처리수조(11)를 다단을 설치하여 해양 심층수로부터 환원성 알칼리이온 음료수의 제조방법.
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