KR20100057425A - 해양심층수를 이용한 고 미네랄 워터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해양심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제 1 역삼투막(3)에 해양심층수를 통과시켜, 제1 농축수(9)와 제 1 투과수(4)를 얻는 단계; 제 1 농축수(9)를 증발 농축하여 칼슘염(20)을 얻는 단계; 제 1 농축수(9)를 추가로 증발 농축하여 소금(12)과 간수(30)를 분리하는 단계; 제 2 역삼투막(6)에 제 1투과수(4)를 통과시켜 제 2 투과수(8)를 얻는 단계; 상기 제 1 농축수(9)로부터 분리된 칼슘염(20)으로부터, 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계를 거쳐 칼슘을 포함한 제 1 미네랄 용액(29)을 얻는 단계; 상기 간수를 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계를 거쳐 마그네슘을 포함한 제 2 미네랄 용액(33)을 얻는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 미네랄 용액 및 상기 제 2 투과수(8)를 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 해양심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법은 미네랄 워터의 경도 및 칼륨 농도를 높게 유지하면서도 황산이온과 염소이온을 최소화할 수 있고, 또한 미네랄 성분들간의 농도를 임의대로 조정하여 맞춤형 음용수 제조가 가능하여, 미네랄 발란스가 유지되는 고급 음용수 제조 분야에 널리 이용될 수 있다.
해양심층수, 미네랄 워터, 칼슘용액, 마그네슘, 칼륨, 전기분해, 간수
Description
본 발명은 해양심층수를 이용한 고 미네랄 워터의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 미네랄 워터의 고경도 및 고칼륨 농도를 유지하면서도 황산이온과 염소이온을 최소화하고, 미네랄 성분들간의 농도를 임의대로 조정하여 맞춤형 고 미네랄 워터를 제조를 가능하게 하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 해양심층수는 유동이 거의 없고 햇볕이 차단된 깊은 바다 속에 존재하기 때문에 유기물이나 박테리아 등에 의한 오염이 거의 없고, 또 수온이 낮아(6℃이하) 화학 약품에 의한 전처리 없이 단순히 1μm 이하의 미세여과막으로 전 처리를 한 다음 미네랄 워터제조 원료수로 사용된다. 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 해수담수화 공법은 역삼투압 탈염법으로, 역삼투압 탈염법을 거쳐 얻어진 농축 해양심층수는 증발 농축 공정을 거쳐 고농도의 미네랄 성분으로 분리되고, 이를 이용하여 미네랄 워터를 제조하는 것이 일반적인 방법이다.
일반적인 해양심층수의 담수화 공법은 1 차 및 2 차의 역삼투막 탈염공정을 거쳐 이루어지는데, 1 차 역삼투막 탈염공정에서 얻어진 제 1 차 투과수의 총 용해 고형물(TDS)은 약 100mg/L이하이며, 이 때 TDS의 주 성분은 나트륨 이온과 염소이온이기 때문에 음용수로 이용될 수 있도록 나트륨성분을 최소화하기 위하여 2 차 역삼투막 탈염 공정을 거친다. 2 차 역삼투막 탈염공정을 거친 제 2 투과수의 TDS는 10mg/L이하가 되도록 하며, 상기와 같은 값을 가질 때, 음용수 제조에 사용할 수 있게 된다.
한편, 제 1 차 역삼투막 탈염공정에서 얻어진 제 1 농축수를 증발 농축하면 용해도가 가장 낮은 성분들부터 고체상태로 분리되며, 이에 따라 1 차 증발 농축에서는 칼슘염들이 맨 처음 분리되고, 칼슘염을 분리한 후 추가로 증발 농축하면 고체상태의 소금이 분리되고, 끝으로 남은 용액은 간수로, 간수에는 선행 공정에서 분리되지 않은 나머지 모든 미네랄 성분들이 함유되어 있다. 상기와 같은 공정은 일반적으로 해수의 담수화나 증발 농축식 소금 제조 공정에서 주로 사용되어 온 공법들로서, 상기 공정은 간략하게 도 1에 도시된 바와 같다.
한편, 해양심층수에서 얻어진 미네랄의 부 영양성과 청정성에 대해서는 이미 알려진 사실이며, 따라서 음용수 제조에 해양심층수에서 얻어진 미네랄을 사용한다는 것은 매우 중요한 의미를 갖는다. 또한, 인체가 필요로 하는 여러 가지 미네랄 성분 중, 가장 중요한 칼슘, 마그네슘, 및 칼륨의 3 대 미네랄이 일정 비율로 밸런스를 이루는 것도 중요하게 고려될 사항이다. 따라서, 상기 세가지 미네랄이 일정 비율로 밸런스를 이루고 있는 해양심층수에서 얻어진 미네랄 워터의 제조에 대한 관심이 고조되고 있다. 그러나, 상기와 같은 탈염 농축공정에서 얻어진 미네랄 성분을 이용하여 음용수로 제조하고자 하는 경우, 상기 세 가지 미네랄 성분의 성분비율을 조절하기도 힘들 뿐 아니라, 하기와 같은 추가적인 문제점이 지적되고 있다.
우선, 1 차 증발 농축 공정에서 얻어진 칼슘염 중 CaCO3는 물에 거의 용해되지 않고, CaSO4의 포화도는 약 2000mg/L이하다. 따라서 1 차 농축수로부터 얻어진 칼슘염을 그대로 사용하여 미네랄 워터를 만들 경우 칼슘 농도의 2.4배의 황산 이온(SO4 -2)이 함께 용존하여, 질과 맛이 좋은 미네랄 워터를 만들 수 없을 뿐만 아니라 음용수 기준인 황산이온의 농도를 200mg/L이하도 충족하기 어려워, 미네랄 워터의 제조에 어려움이 있다.
또한, 제 1 농축수를 추가로 증발 농축하여 얻어진 간수를 이용하여 마그네슘과 칼륨의 함량이 높은 미네랄 워터를 제조하는 경우, 간수에 포함된 고농도의 염소이온 때문에, 음용수 수질 기준인 염소이온 농도 250mg/L를 충족하기 위해서는 미네랄 (마그네슘과 칼륨 등)함량을 낮추어야 하고, 미네랄 함량을 높이기 위해서는 염소이온 규제 농도를 충족하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 약200,000mg/L의 염소 이온을 함유하고 있는 간수를 이용하여 음용수를 제조하는데 있어서, 미네랄 농도를 높이는 데는 한계가 있어 왔다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 발명자들은 음용수 수질 규제치를 벗어나지 않고 미네랄 워터의 고경도 및 고 칼륨 농도를 유지하면서도 황산이온과 염소이온을 최소화하고, 미네랄 농도를 임의대로 조정하여 맞춤형 미네랄 워터를 제조하는 방법에 관한 연구를 거듭하던 중 본 발명을 완성하게 되었다.
이에, 본 발명의 목적은 음용수 수질 규제치를 충족하고, 미네랄 워터의 고경도 및 고칼륨 농도를 유지하면서도 황산이온과 염소이온을 최소화하고, 미네랄 성분들간의 농도를 임의대로 조정하여 맞춤형 미네랄 워터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 해양심층수를 이용한 미네랄 워터를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 의한 미네랄 워터를 제조하는 방법은
제 1 역삼투막에 해양심층수를 통과시켜, 제 농축수와 제 1 투과수를 얻는 단계;
제 1 농축수를 증발 농축하여 칼슘염을 얻는 단계;
제 1 농축수를 추가로 증발 농축하여 소금과 간수를 분리하는 단계;
제 2 역삼투막에 제 1 과수를 통과시켜 제 2 투과수를 얻는 단계;
상기 제 1 농축수로부터 분리된 칼슘염으로부터, 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계를 거쳐 칼슘을 포함한 제 1 미네랄 용액을 얻는 단계;
상기 간수를 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계를 거쳐 마그네슘을 포함한 제 2 미네랄 용액을 얻는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 네랄 용액 및 상기 제 2 투과수를 혼합하는 단계를 포함 한다.
한편, 일반적인 방법에 의해 해수를 담수화 하여 미네랄 워터를 얻는 공정을 간략히 도시한 것이 도 1이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 해양심층수를 제 1 역삼투막(3)에 통과시켜 얻은 제 1 농축수(9)를 증발 농축(10)하여, 칼슘염(20)을 분리한 후, 추가로 증발 농축(11)하여 소금(12)과 간수(30)를 분리하여, 칼슘염(20) 및 간수(30)로 구성된 미네랄 용액을 준비한다. 또한, 상기 제 1 역삼투막(3)을 통과한 TDS가 100mg/L 이하인 제 1 투과수(4)를 다시 제 2 역삼투막(3)을 통과하게 하여, TDS가 10mg/L 이하인 제 2 투과수(8)를 얻은 후, 상기에서 준비된 칼슘염(20)과 간수(30)로 구성된 미네랄 용액과 혼합하여 미네랄 워터를 제조한다. 상기와 같은 방법으로 준비된 칼슘염(20) 및 간수(30)로 구성된 미네랄 용액에는 칼슘 및 마그네슘 이외에도 고농도의 황산이온 및 염소이온을 포함하고 있어, 황산이온 및 염소이온에 관한 음용수 규제치를 만족하는 미네랄 워터를 제조하기 위해서는 칼슘 및 마그네슘 등의 미네랄 함량을 낮춰야 하는 문제점이 있고, 칼슘 및 마그네슘 등의 미네랄 함량이 높은 고 미네랄 워터를 제조하기 위해서는 황산이온 및 염소이온의 함량이 음용수 규제치를 만족하지 못하는 문제점이 있어서, 고 미네랄 워터의 제조에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 상기 일 구현예에 따른 미네랄 워터의 제조방법은 종래 공정에서 얻어진 칼슘염(20) 및 간수(30)를 별도의 전기분해 등의 공정을 거쳐 용존된 황산이온 및 염소이온을 제거하여, 음용수 기준치를 충족하면서도 미네랄을 고농도로 함유하는 미네랄 워터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 상기 일 구현예에 따른 미네랄 워터의 제조방법과 같이 제 1 농축수(9)를 증발 농축하여 얻어진 칼슘염(20)으로부터, 전기분해를 포함하는 단계를 거쳐 칼슘을 포함한 제 1 미네랄 용액을 얻는 단계를 거치는 경우, 전기분해를 거치면서 염소이온이 염소기체 상태로 배출되어, 용존된 염소이온 농도가 매우 낮고 칼슘이온은 고농도의 중탄산칼슘의 형태로 용존되어, 저 염소이온 및 고칼슘의 제 1 미네랄 용액(29)을 얻을 수 있다.
또한, 간수(30)를 전기분해를 포함하는 단계를 거치는 경우 역시, 전기분해를 거치면서 염소이온이 염소기체 상태로 배출되어, 용존된 염소이온 농도가 매우 낮은 저 염소이온 및 고 마그네슘 및 고 칼륨의 제 2 미네랄 용액(33)을 얻을 수 있다. 상기 제 2 미네랄 용액(33) 내에 마그네슘은 중탄산마그네슘의 형태로 존재한다.
한편, 상기 제 1 농축수(9)로부터 분리된 칼슘염(20)으로부터, 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계를 거쳐 칼슘을 포함한 제 1 미네랄 용액(29)을 얻는 단계는
상기 제 1 농축수(9)로부터 분리된 칼슘염(20)을 제 2 투과수(8)와 혼합하여 탄산가스를 주입과 교반을 통해 용해하는 단계;
탄산가스 주입 및 교반을 끝낸 후, 상등액을 분리하는 단계;
상기 분리된 상등액을 Cl형 음이온 교환수지 탑(25)에 통과시켜 CaCl2 용액(26)을 얻는 단계; 및
상기 얻어진 CaCl2 용액을 CO2 주입 하에 전기분해(28)하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 구현예의 일 실시예에 따른 공정을 도 2에 간략히 도시하였다. 도 2는 해양심층수를 원료로 제 1 역삼투막(3)을 통과시켜 얻어진 제 1 농축수(9)를 증발 농축하여 생산되는 CaCO3 및 CaSO4을 포함한 칼슘염(20)을 처리하여 제 1 미네랄 용액(29)을 얻는 공정도에 관한 것이다.
우선, 제 1 역삼투막(3)에 해양심층수를 통과시켜 얻어진 제 1 농축수(9)를 증발 농축하여 생산되는 CaCO3 및 CaSO4 등의 칼슘염(20) 침전물을 미세 진동체를 이용하여 증발 농축액으로부터 분리할 수 있다. 이때, 상기 미세 진동체의 진동회수는 제한은 없으며, 농축수와 칼슘염 침전물의 분리에 도움이 될 정도면 족하다. 이 때, 분리된 칼슘염 침전물은 다시 진동체로 옮겨 칼슘염에 붙어 있는 농축수를 제거(21)할 수 있는데, 상기 농축수에는 소금성분이 많으므로 미세살수, 진공탈수 혹은 건조공기 세척 등을 통해 최소화할 수 있다. 미세살수하여 세척하는 경우 어느 정도의 칼슘염이 살수에 녹아 유실되지 않도록 행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 미세살수 후에 진공탈수 혹은 건조공기 세척을 병행하거나, 진공탈수 혹은 건조공기 세척만을 행할 수 있다.
상기에서 세척한 칼슘염 침전물을 수용액에 넣고, 탄산 가스를 주입과 동시에 교반 혼합하여 용해(24)할 수 있다. 상기 용해 과정에서 칼슘염 침전물의 CaCO3 는 중탄산염으로 전환되어 용해되고, CaSO4도 포화도 이내로 용해된 후, 과포화 부분은 침전된다. 상기 수용액의 준비를 위해서는 불순물을 포함하지 않은 물로서, 칼슘염 침전물을 용해시킬 수 있는 것이면 구성의 한정 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 해수 담수화 공정을 적극 활용하고, 자원의 재활용이라는 측면에서 제 2 투과수(8) 또는 하기에서 설명할 CaCl2의 농축을 위한 역삼투막(27)을 거친 투과수를 사용할 수 있다.
후에, 교반과 탄산가스 주입을 멈추고 상당 시간 방치하여 고액이 분리되면 상등액만 수집하고, 상기 공정을 반복하여, 상당량의 상등액을 만들 수 있다.
이 때, 상기 수집된 상등액을 Cl형 음이온 교환수지 탑(25)에 통과시켜 상등액에 용존된 모든 음이온들을 염소이온으로 치환되도록 하여 CaCl2용액을 얻을 수 있다. 이 때, 상기 Cl형 음이온 교환수지 탑(25)에 충진되는 Cl형 음이온수지는 상등액에 용존된 음이온들을 염소이온으로 치환하여 CaCl2용액을 만들 수 있는 것이면, 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있으나 바람직하게는 강염기성 Cl형 음이온 교환수지를 사용할 수 있다. 강염기성 Cl형 음이온 교환수지는 중성염 분해도가 매우 높다는 점에서 바람직하게 선택될 수 있다.
한편, 상기 공정에서 사용되는 Cl형 음이온 교환수지는 계속 사용에 의해 교환 능력이 감소하여 교환이 이루어지지 않는 상황에 도달하는 경우, 이를 재생하여 재사용할 수 있는데, 바람직하게는 해수 담수화 공정을 적극 활용하고, 자원의 재활용이라는 측면에서 제 1 농축수(9)의 추가 증발 농축(11)공정에서 생산되는 소 금(12)으로 강염기성 음이온 교환수지를 재생할 수 있다. 이와 같이 분리된 상등액을 Cl형 음이온 교환수지 탑(25)에 통과시켜 CaCl2 용액을 얻는 공정은 상등액에 포함된 SO4 -2이온을 제거하는 공정으로 칼슘염의 용해도를 높이고 음용수 제조 시 음용수의 SO4 -2이온 규제치(200mg/L이하)를 충족할 수 있게 한다.
또한, 상기와 같은 공정을 통해 얻어진 CaCl2 용액의 CaCl2 농도는 낮기 때문에, 전체 미네랄 워터의 제조 공정의 효율을 높이기 위해, 바람직하게는 상기 CaCl2 용액을 CaCl2 용액 농축용 역삼투막(27)에 1 회 이상 순환시켜 농축하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 순환 회수는 전체 미네랄 워터 제조공정의 효율 및 운전시간, 미네랄 워터 생산량 등을 고려하여 임의적으로 제한할 수 있다. 바람직하게는 농축된 CaCl2 용액의 CaCl2의 농도가 약 20,000mg/L 이상이 될 때까지 CaCl2 용액 농축용 역삼투막(27)을 순환하게 하는 것이, 전체 공정의 효율을 고려하여 선택될 수 있다.
또한, CaCl2의 농축을 위한 역삼투막의 투과수는 제 1 농축수(9)로부터 증발 농축하여 얻은 칼슘염 침전물의 용해를 위한 용매로 재사용될 수 있다. 상기와 같이 공정을 실시함으로써, 해수 담수화 공정을 적극 활용하고, 자원을 재활용 할 수 있어 바람직하게 선택될 수 있다.
상기와 같은 공정을 거쳐 얻어진 CaCl2 용액을 CO2 주입 하에 전기분해(28) 하면, 고농축의 칼슘을 포함한 제 1 미네랄 용액(29)을 얻을 수 있다. 전기분해 단계에서 용존된 염소이온은 용존된 중탄산이온과 치환되어 염소기체 상태로 배출된다. 이 때, 생성된 염소기체는 맹독성이므로 바람직하게는 환풍기를 사용하여 중화 처리하거나 폐수처리에 이용할 수도 있다. 제 1 미네랄 용액은 전기분해 과정 중 용존된 염소이온이 염소기체 상태로 배출되어 용존된 Cl-1의 농도는 매우 낮으며, 중탄산칼슘용액 형태의 고농축 칼슘용액을 포함한 형태이다. 이 때, 제 1 미네랄 용액에 포함된 Cl-1의 농도는 제조하고자 하는 음용수의 미네랄 농도를 고려하여, 전해 시간과 전해 전력량으로 조정이 가능한데, 바람직하게 Cl-1의 농도가 6000mg/L 가 될 때까지 전기 분해할 수 있다.
한편, 전기분해 진행 시 전기분해조의 pH 범위를 적당한 범위로 유지하는 것이 중요한데, 바람직하게는 pH 6 내지 8 로 할 수 있다. 상기 pH 범위 내에서 전기분해를 진행하면, 전기분해 과정 중 CaCO3 스케일링(Scale)에 의한 분극현상을 최소화할 수 있다. 전기분해 과정 중 CaCO3 형태의 고형물이 전극에 부착되면 용존하는 칼슘이온 농도가 떨어지고, 이에 따라 전기분해 효율이 낮아질 수 있는데, 따라서 바람직하게는 상기와 같은 분극현상을 방지하기 위해 전기 분해 과정 중 양극과 음극의 전원을 잠시 반대로 변환시켜 줄 수 있다.
상기와 같이 CaCl2 용액의 전기분해 단계를 거치는 경우, 전기분해 공정에서 발생되는 산화성 염소 및 차아염소산은 음이온 교환수지의 아민기로 인한 냄새를 산화시켜 없앨 뿐만 아니라, 살균의 기능도 아울러 행할 수 있어, 일석이조의 효과를 제공한다. 상기와 같은 전기분해를 거쳐 제 1 미네랄 용액(29)을 얻을 수 있다.
한편, 제 1 농축수(9)를 증발 농축하여 칼슘염(20)을 분리한 후, 추가로 증발 농축(11)하여 소금(12) 성분을 고체로 분리하고 남은 용액을 간수(30)라고 정의하는데, 상술한 바와 같이, 간수는 앞 공정들에서 분리된 성분을 제외한 모든 미네랄이 용해된 고농도 미네랄 용액으로 주성분은 MgCl2, KI, MgSO4 등 이며 그 외에 미량의 소금 성분과 CaCl2 및 희귀 미네랄들로 구성되어 있다. 이때, 추가 증발 농축의 정도는 간수(30) 내 소금 함유량을 최소로 하여 음용수 중 Na 함량을 최소로 하기 위해, 간수 내 Mg 함량이 75,000 내지 81,000mg/L 되도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 구현예에 따라 간수(30)를 처리하여 제 2 미네랄 용액(33)을 얻는 공정을 간략히 도 3에 도시하였다.
추가 증발 농축(11)을 거쳐 소금(12)으로부터 분리된 간수(30)는 약 20 내지 25℃의 항온조에서 숙성(31)될 수 있다. 상기 온도 범위의 항온조에서 숙성되는 경우 간수에서 KCl의 침전이 더 이상 일어나지 않아 K 이온의 농도를 균일하고, 높게 유지할 수 있는 점에서 유리하다. 항온조에서 숙성되는 시간은 공정의 설계에 따라 임의대로 설계할 수 있으나, 바람직하게는 1 내지 2 일이 선택될 수 있다.
한편, 간수를 전해조에 넣고 탄산가스를 주입하면서 간수를 전기분해하면 염소 이온은 염소 기체로 분리 추출되면서 추출되는 염소이온과 중탄산이온은 등가의 당량만큼 간수 용액 내에서 치환된다. 이 때, 전기분해 정도는 바람직하게 간수 내의 염소이온의 농도가 80,000mg/L이하가 될 때까지 행해질 수 있는데, 전기분해 시간과 전해 전류용량을 이용하여 조절할 수 있다. 상기 전기분해를 거쳐 얻어진 제 2 미네랄 용액(33)의 마그네슘(Mg)과 칼륨(K)의 중량비는 3: 1 ~ 0.8 정도가 된다.
본 발명의 상기 구현예들에 따른 미네랄 워터의 제조는 상기 제 1 미네랄 용액(29) 및 제 2 미네랄 용액(33) 및 상기 제 2 투과수(8)를 혼합하여 제조될 수 있다. 미네랄 워터의 제조를 위한 일 실시예에 따른 혼합 공정은 간략히 도 4에 도시된 바와 같다.
이 때, 제 1 농축수(9)로부터 분리된 제 1 미네랄 용액(29)의 칼슘이온의 농도 및 간수를 전기 분해하여 얻어진 제 2 미네랄 용액(33)의 마그네슘 및 칼륨의 농도를 고려하여, 최종 제조하고자 하는 미네랄 워터의 미네랄 성분의 함량을 고려하여, 상기 제 1 미네랄 용액(29) 과 제 2 미네랄 용액(33) 및 제 2 투과수(8)의 혼합 비율을 결정할 수 있다. 따라서, 인체에 중요한 칼슘, 마그네슘 및 칼륨 이온의 함량이 조절된 미네랄 워터를 얻을 수 있어, 맞춤형 미네랄 워터를 경제적으로 제조할 수 있는 이점이 있다. 이 때, 상기 혼합되는 미네랄의 비율은 목적에 따라 임의대로 설계할 수 있으나, 바람직하게는 상기 제 1 미네랄 용액(29), 제 2 미네랄 용액(33) 및 제 2 투과수(8)의 혼합은 칼슘, 마그네슘, 및 칼륨의 질량비가 1~2: 3: 1~0.8로 되게 혼합되게 할 수 있다. 상기 비율은 인체가 필요로 하는 최적의 미네랄 밸런스를 고려하여 산출된 것이다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 미네랄 워터의 제조방법은 상기 방법들에 의해 얻어진 미네랄 워터를 살균설비를 이용하여 살균하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 살균 방법은 음용수의 살균에 사용되는 여러 방법들이 사용될 수 있고, 예를 들어 염소살균, 오존 살균 혹은 UV 살균법을 이용할 수 있으나 염소 살균은 염소 이온의 용존 농도를 상승시키고, 오존 살균은 해수담수의 생산수에서는 금지 되어 있어서 바람직하게는 살균시 추가되는 물질의 유입이 없는 UV 살균설비(43)를 이용한 UV 살균법이 선택될 수 있다.
살균과정을 추가로 포함하는 공정에서는 공정 효율화를 위해 제 1 미네랄 용액(29), 제 2 미네랄 용액(33)과 제 2 투과수(8)의 혼합과정이 살균과정과 동시에 진행될 수 있다. 또한, 바람직하게는 혼합은 순환 혼합을 통해, 살균과정을 거친 미네랄 워터가 다시 고미네랄수조(42)로 투입되고, 이를 반복 순환하는 형태로 설계하여 진행 될 수 있다. 상기와 같은 순환 공정을 간략하게 도 4에 도시하였다. 상기와 같이 혼합 과정을 살균과정과 병행하고, 살균된 고 미네랄 워터를 다시 고미네랄수조(42)에 순환시키는 과정을 반복함으로써, 최종 생산되는 미네랄 워터의 제균을 확실히 행할 수 있는 이점이 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 UV 살균설비(44)는 바람직하게 고미네랄수조의 순환로에 설치될 수 있다.
또한, 추가적으로 고미네랄수조(42)의 상부에는 공기 출입 배관이 설치될 수 있는데, 공기의 출입으로 인한 박테리아 오염을 최소화 하기 위해 세균유입 방지 설비(41)가 추가로 설치된 고미네랄수조(42)에서 혼합 반응이 진행 될 수 있다. 상기 혼합 반응은 라인 믹서(Line mixer)설비를 이용하여 혼합 할 수 있으며, 바람직하게는 제균과 혼합을 동시에 행하는 순환혼합 방식으로 설계할 수 있다. 살균된 미네랄 워터의 순환 횟수는 살균설비장치의 효능 및 순환되는 고미네랄 수의 양을 고려하여 설계할 수 있다.
보다 바람직하게는 최종 생산수를 최종 병입설비로 이송하는 배관에 제균UF(Ultra filtration)설비(45)를 설치하여 최종 생산된 미네랄 워터에 박테리아가 존재하지 않도록 할 수 있다. 이 때, 상기 제균 UF의 기공크기(Pore size)는 0.2μm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 해양심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법은 미네랄 워터의 경도 및 칼륨 농도를 높게 유지하면서도 황산이온과 염소이온을 최소화할 수 있고, 또한 미네랄 농도를 임의대로 조정하여 맞춤형 음용수 제조가 가능하여, 미네랄 발란스가 유지되는 고급 음용수 제조 분야에 널리 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐이며, 발명의 권리범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예] 해양심층수로부터 미네랄 워터의 제조
1. 해양심층수의 준비
동해지역에서 채취한 해양심층수를 고미네랄수를 제조하기 위해 채집하였다. 채집된 해양심층수의 수질을 분석한 결과 하기 표 1 과 같은 결과를 얻었다.
| 이온 함량 (mg/L) |
NH4 | 0.5 |
| K | 410 | |
| Na | 10,950 | |
| Ca | 450 | |
| Mg | 1300 | |
| B | 4.4 | |
| HCO3 | 114 | |
| NO3 | 1.2 | |
| Cl | 19,710 | |
| SO4 | 2,840 | |
| SiO2 | 2 | |
| F | 0.5 | |
| 채집 시 온도 | 6 ℃ | |
| pH | 7.8 | |
2. 제 1 역삼투막(3)에 해양심층수를 통과시켜, 제 1 농축수(9) 및 제 1 투과수(4)의 제조
상기 1에서 준비된 해양심층수를 제 1 역삼투막(3)에 통과시켜, 제 1 농축수(9) 및 제 1 투과수(4)를 제조하기 위해, 하기 표 2에 제시된 설계자료를 이용하여 DOW Chemical에서 제공하는 ROSA program을 이용하여 설계하였다. 설계된 프로그램을 통해 얻어진 자료를 토대로, 반응 공정을 설계하여 제 1 농축수(9) 및 제 2 투과수(4)를 제조하였다.
| 해양심층수 주입용량 | 40m3/시간 |
| 해양심층수 주입압력 | 63bar |
| 제 1 투과수 생산량 | 20m3/시간 |
| 고압 펌프 압력 | 43bar |
| 에너지 회수장치 회수 압력 | 20bar |
| 제 1 투과수 회수율 | 50% |
| 제 1 투과수 총 용해 고형물 농도 | 약 70mg/L |
| Stage 수 | 1단 |
| 사용 membrane | SW30HRLE-400i |
| Membrane vessel 수 | 7 sets |
| Mebrane element 수/vessel | 6 sets |
| 농축해수 용량 | 20m3/시간 |
| 농축도 | 2배 농축 |
3. 제 1 농축수(9)를 증발 농축한 칼슘염으로부터 제 1 미네랄 용액(29)의 제조
상기 2 에서 제조된 제 1 농축수(9)를 증발 농축한 칼슘염 용액에서, 추출된 고체 칼슘염은 약 53kg/hr(86%가 CaSO4)로서, 하기와 같은 단계를 거쳐 칼슘 농도가 10,000mg/L이하인 고농축 칼슘염 용액을 포함한 제 1 미네랄 용액(29)을 제조하였다.
제 1농축수(9)를 증발 농축하여 생성된 칼슘염 침전물[약 53kg/hr(86%가 CaSO4)]을 세척한 후, 수세한 칼슘염 침전물을 용해조에 받아 하기 4 의 제조에서 얻은 제 2 투과수(8)를 넣고 탄산 가스를 과잉으로 주입하는 공정을 거친 후 칼슘염 용액을 얻었다. 상기 얻어진 칼슘염 용액을 2 시간 방치하여, 상등액을 분리하였다. 상등액 내의 칼슘염 용해농도는 1500~1700mg/L로 측정되었다.
상기, 상등액을 강염기 Cl형 음이온 교환수지 탑을 통과하게 하여 얻어진 용액 내에 포함된 칼슘염은 100% CaCl2임을 염소이온과 칼슘이온 농도를 측정하여 확인하였다. 상기 Cl형 음이온 교환수지 탑을 통과한 용액을 CaCl2 용액 농축용 역삼투막(27)을 통해 3 회 순환하게 하여, 약 20 배 농축된 CaCl2 용액이 얻었다. 이 때, 농축정도는 고압 펌프 압력에 의해 조절이 가능한데, 펌프 압력은 12kg/cm2으로 하였다. 농축된 CaCl2용액을 2L 크기의 전해조에 넣고, 탄산가스를 주입하면서, 전기분해를 하였다. 전기분해 시 용액의 pH는 6 내지 8로 유지되도록 하였다.
상기와 같은 칼슘염처리 공정에서 약 12,500mg/L의 Cl-1이온 농도를 6,000mg/L이하로 감소 시킬 수 있었다. Cl-1이온의 농도는 음용수의 미네랄 농도에 따라 전해 시간과 전해 전력량으로 조정이 가능한데, 상기 Cl형 음이온 교환수지 탑을 통과하는 단계 및 전기분해 단계를 거친 고농축의 칼슘염을 포함한 제 1 미네랄 용액에서의 칼슘 농도는 약 10,000mg/L으로 측정되었으며, Cl-1이온 농도는 약 5,600mg/L로 측정되었다.
4. 제 2 역삼투막(6)에 제 1 투과수(4)를 통과시켜, 제 2 농축수(7) 및 제 2 투과수(8)의 제조
상기 2 에서 준비된 제 1 투과수(4)를 DOW Chemical에서 제공하는 ROSA Program에 의해 설계한 결과, 하기 표 3 과 같은 설계조건을 얻었으며, 하기 표 3 과 같은 설계조건을 따라 제 1 투과수(4)를 제 2 역삼투막(6)에 통과시켜, 제 2 농축수(7) 및 제 2 투과수(8)를 준비하였다.
| 제 1 투과수 주입용량 | 15m3/시간 |
| 제 2 투과수 생산량 | 12m3/시간 |
| 고압 펌프 압력 | 13bar |
| 제2 투과수 회수율 | 80% |
| 제2투과수 총 용해 고형물 농도 | <5mg/L |
| Stage 수 | 3단 |
| 사용 membrane | BW30LE-440 |
| Membrane vessel 수 | 4 sets(2+1+1) |
| Mebrane element 수/vessel | 6 sets |
| 배출 농축수 용량 | 3m3/시간 |
5. 제 1 농축수(9)를 추가로 증발 농축하여 얻어진 간수(30)로부터 제 2 미네랄 용액(33)의 제조
상기 3 에서 제 1 농축수(9)를 증발 농축하여 칼슘염(20)을 분리한 후, 추가로 증발 농축하여 소금(12) 및 간수(30)를 분리하였다. 분리된 간수(30)의 마그네슘 농도는 80,000 mg/L였으며, 이를 25℃ 항온조에서 24 시간 동안 저장하여 숙성시켰다. 상기 저장조의 간수를 2L 전해조에 넣고, 탄산가스를 과잉으로 주입하여 전기분해 하였다. 전기분해는 용존하는 Cl-1 이온 농도가 70,000mg/L 이하로 될 때까지 행하였는데, 이는 전기분해 시 전해 시간과 전해 전력량으로 조절하였다. 실시예에서는 Cl-1 이온의 농도가 68,000 mg/L 가 될 때까지 전기분해를 행하여 제 2 미네랄 용액(33)을 얻었고, 제 2 미네랄 용액(33)의 용존 마그네슘 함량은 전기분해 전후 변화는 거의 없었으며, Cl-1 이온의 농도는 200,000mg/L에서 68,000 mg/L로 감소시킬 수 있었다.
6. 미네랄 농축 원수의 준비
먼저 제조하고자 하는 미네랄 워터의 경도 성분 중 칼슘과 마그네슘의 비율을 1:3 으로 결정하고, 상기 공정에서 얻어진 제 1 미네랄 용액(29)과 제 2 미네랄 용액(33)내의 칼슘 농도와 마그네슘 농도를 기준으로 원하는 Ca : Mg 비율로 혼합하여 고 미네랄 농축 원액을 제조하였다.
즉, Ca 10,000mg/L를 함유한 제 1 미네랄 용액(29)과 80,000mg/L의 Mg를 함유한 제 2 미네랄 용액(33)을 이용하여, Ca: Mg비율이 1:3 인 고 미네랄 농축 원액을 만들기 위해 제 1 미네랄 용액 3L 에 제 2 미네랄 용액 1.125L 리터를 혼합하였다.
7. 미네랄 워터의 제조
상기 6 에 기재된 방법과 같이 최종적으로 경도 500mg/L (as CaCO3)로 음용수 미네랄 농도를 결정하고 상기 6 에서 결정한 비율에 따라 제 1 및 제 2 미네랄 용액과 제 2 투과수를 혼합하였더니, 제조된 미네랄 워터 내의 Ca: Mg: K 비율이 1:3:0.9인 것으로 나타났다. 제조된 미네랄 워터의 염소이온과 황산이온의 농도는 각각 220mg/L, 180 mg/L로 규제치 250mg/L 와 200mg/L 를 벗어나지 않았다. 제조된 미네랄 워터를 밀폐 상태에서 4 시간 동안 순환하며 UV 살균을 한 다음 제균 UF를 통과 한 후 세균 검사 결과 무균인 것을 확인하였다.
본 발명의 해양심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법은 미네랄 워터의 경도 및 칼륨 농도를 높게 유지하면서도 황산이온과 염소이온을 최소화할 수 있고, 또한 미네랄 농도를 임의대로 조정하여 맞춤형으로 제작 가능하여, 미네랄 발란스가 유지되는 고급 음용수 제조 분야에 널리 이용될 수 있다.
도 1 은 일반적인 방법에 의해 해양심층수로부터 미네랄 워터를 처리하는 공정을 간략히 도시한 것이다.
도 2 은 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 농축수를 증발 농축하여 얻어진 칼슘염으로부터 제 1 미네랄 용액을 얻는 공정을 간략히 도시한 것이다.
도 3 은 본 발명의 다른 구현예에 따라 간수로부터 제 2 미네랄 용액을 얻는 공정을 간략히 도시한 것이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 및 제 2 미네랄 용액 및 제 2 투과수의 혼합 및 살균과정을 동시에 진행하기 위한 반응장치를 간략히 도시한 것이다.
<도면의 간단한 설명>
100 : 해수의 담수화 공정도
1: 제 1 탈염 고압펌프 2: 에너지 회수설비
3: 제 1 역삼투막 4: 제 1 투과수
5: 제 2 탈염 고압펌프 6: 제 2 역삼투막
7: 제 2 농축수 8: 제 2 투과수
9: 제 1 농축수 10: 증발 농축
11: 추가 증발 농축 12: 소금
20: 칼슘염 30: 간수
200: 칼슘염 처리 공정도
21: 칼슘염에 붙은 농축수 제거
24: 칼슘염 침전물을 CO2주입과 동시에 교반 혼합하여 용해
25: Cl형 음이온 교환수지 탑 26: CaCl2 용액
27: CaCl2 용액 농축용 역삼투막
28: CaCl2 용액 전기분해
29: 제 1 미네랄 용액
300: 간수 처리 공정도
31: 간수 항온 숙성 32: 간수 전기분해
33: 제 2 미네랄 용액
400: 미네랄 워터의 제조 공정도
41: 세균유입 방지 설비 42: 고미네랄수조
43: UV 살균설비 44: 펌프
45: 제균 UF 설비
Claims (11)
- 제 1 역삼투막(3)에 해양심층수를 통과시켜, 제 1 농축수(9)와 제 1 투과수(4)를 얻는 단계;제 1 농축수(9)를 증발 농축하여 칼슘염(20)을 얻는 단계;제 1 농축수(9)를 추가로 증발 농축하여 소금(12)과 간수(30)를 분리하는 단계;제 2 역삼투막(6)에 제 1투과수(4)를 통과시켜 제 2 투과수(8)를 얻는 단계;상기 제 1 농축수(9)로부터 분리된 칼슘염(20)으로부터, 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계를 거쳐 칼슘을 포함한 제 1 미네랄 용액(29)을 얻는 단계;상기 간수를 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계를 거쳐 마그네슘을 포함한 제 2 미네랄 용액(33)을 얻는 단계; 및상기 제 1 및 제 2 미네랄 용액 및 상기 제 2 투과수(8)를 혼합하는 단계를 포함하는 해양심층수를 이용한 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 농축수(9)로부터 분리된 칼슘염(20)으로부터, 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계를 거쳐 칼슘을 포함한 제 1 미네랄 용액(29)을 얻는 단계는제 1 농축수(9)로부터 분리된 칼슘염(20)을 제 2 투과수(8)와 혼합하여 탄 산가스를 주입하면서 교반하면서 용해하는 단계;탄산가스 주입 및 교반을 통해 칼슘염의 용해를 끝낸 후, 상등액을 분리하는 단계;상기 분리된 상등액을 Cl형 음이온 교환수지 탑(25)에 통과시켜 CaCl2 용액(26)을 얻는 단계; 및상기 CaCl2 용액을 CO2 주입 하에 전기분해(28)하는 단계를 포함하는 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 Cl형 음이온 교환수지 탑(25)에 통과시켜 얻어진 CaCl2 용액을 역삼투막(27)에 1회 이상 순환시켜 농축하는 단계를 추가로 포함하는 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 농축수로부터 분리된 칼슘염(20)으로부터, 전기분해하여 염소이온을 치환하는 단계는 pH 6 내지 8의 조건 하에서 실행되는 미네랄 워터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 농축수(9)를 추가로 증발 농축하여 소금(12)과 간수(30)를 분리하는 단계에서 분리된 간수 내 Mg 함량은 75,000 내지 81,000mg/L 인 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 농축수(9)를 추가로 증발 농축하여 분리된 간수는 20 내지 25℃ 의 항온조에서 숙성되는 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 간수의 전기분해는 탄산가스 주입 하에 이루어지는 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 간수의 전기분해(32)는 염소이온의 농도가 80,000mg/L이하가 될 때까지 행해지는 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 미네랄 용액(33)의 마그네슘(Mg)과 칼륨(K)의 중량비는 3: 1 ~ 0.8 인 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 미네랄 용액 및 제 2 투과수(8)의 혼합은 칼슘, 마그네슘, 및 칼륨의 질량비가 1~2: 3: 0.8~1 의 비율로 되게 혼합하는 미네랄 워터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 미네랄 워터를 UV 살균설비(43)를 이용하여 살균하는 단계를 추가로 포함하는 미네랄 워터의 제조방법.
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Cited By (4)
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| KR101489642B1 (ko) * | 2012-12-31 | 2015-02-04 | 두산중공업 주식회사 | 연료전지장치를 이용한 복합담수시스템 |
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Families Citing this family (4)
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101489642B1 (ko) * | 2012-12-31 | 2015-02-04 | 두산중공업 주식회사 | 연료전지장치를 이용한 복합담수시스템 |
| CN104209151A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-17 | 南京中电环保工程有限公司 | 一种自动控制再生排水系统及其控制方法 |
| CN105253981A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-01-20 | 郭学军 | 一种矿物质滤芯及其制造方法 |
| CN116675393A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-09-01 | 江西晶昊盐化有限公司 | 一种利用地下盐腔处理高盐废水循环再利用方法 |
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