KR20120047488A - 해수를 이용한 미네랄용액의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미네랄 용액의 제조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, (a) 준비한 해수를 용기에 투입하고 정치하여 둠으로써, 불순물을 침전시킨 후 불순물을 제거하는 단계; (b) 상기 (a)단계를 거친 해수를 여과장치로 여과함으로써, 부유물을 여과하는 단계; (c) 상기 (b)단계를 거친 해수를 가열하여 30~35 °Be로 농축시킴으로써 염화나트륨 결정을 석출시킨 후, 상기 석출된 염화나트륨 결정을 분리하는 단계; (d) 상기 (c)단계를 거친 해수를 -10~-20℃로 냉각시킴으로써 염화마그네슘 결정을 석출시킨 후, 상기 석출된 염화마그네슘 결정을 분리하는 단계; (e) 상기 (d)단계를 거친 해수를 전기분해함으로써, 염소, 브롬, 중금속 및 유기오염물질을 침강분리하는 단계; (f) 상기 (e)단계를 거친 해수를, 고분자 흡착탑을 통과하게 함으로써, 상기 해수에 포함된 중금속을 흡착시키는 단계; 및 (g) 상기 (f)단계를 거친 해수에 흡착제를 투입한 후 교반하여 흡착시킴으로써 상기 해수에 포함되어 있는 불순물을 흡착시킨 다음, 여과장치로 여과하여 상기 흡착제를 제거함으로써 상기 해수에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 단계;를 포함하는 공정에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 해수로부터 미네랄 용액을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기와 같은 본 발명의 방법에 의하여 해수에 포함된 불순물과 염분, 중금속 등은 제거하면서도 미네랄 함량이 높은 미네랄 농축액을 효율적으로 제조할 수 있게 된다.

Description

해수를 이용한 미네랄용액의 제조방법{Preparation Method of Mineral Solution Using Sea water}

본 발명은 무기질의 보고(寶庫)인 해수로부터 불순물을 제거하고, 탈염한 다음, 중금속 및 유기오염물질을 제거하여 미네랄용액을 제조하는 방법에 관한 것이다.

미네랄이란 무기질영양물질인 광물질을 말하는 것으로, 뼈, 치아, 혈액의 구성성분이 되기도 하며, 비타민과 함께 신진대사를 촉진, 또는 억제하는 필수물질이다. 인체구성에 있어서 불과 3.5%밖에 되지 않지만, 미네랄이 생명현상에 작용하는 역할은 헤아릴 수 없이 크다는 것이 최근에 많이 밝혀지고 있다. 이는 인체를 구성하는 54종의 원소 가운데서 50종이 모두 미네랄이라는 사실에서 단적으로 확인할 수 있다. 즉, 수소, 산소, 탄소, 질소를 제외하고 나머지는 모두가 칼슘을 비롯한 미네랄로 구성되어 있는 것이다. 이러한 미네랄은 대별해서 다량(多量)원소와 미량(微量)원소로 나눌 수 있는데, 다량원소는 칼슘, 인, 칼륨, 유황, 나트륨, 염소, 마그네슘 등으로 인체구성의 약 3% 를 차지하고, 미량원소는 인체구성의 0.5%를 차지하는 것으로 철, 망간, 동, 요오드, 아연, 몰리브덴, 불소, 크롬, 비소 등이다.

이러한 미네랄은 인간에게 필요한 5대 영양소 중의 하나로서, 신체 구성, 신체 기능 조절 등의 역할을 수행하고 있다. 미네랄의 결핍 및 과잉은 신체적, 정신적 발달을 저해하고, 각종 질병을 야기하는 원인이 되므로, 체내의 미네랄 밸런스(Mineral balance)를 유지하는 것이 중요하다. 미네랄 성분 중에서 칼슘(calcium, Ca2+)은 뼈와 치아형성, 근육, 신경 및 심장의 기능 조절, 혈액응고 촉진 등의 기능을 하며, 결핍 시에는 변비, 골다공증, 발육장애, 경련, 충치, 신경 불안증 등이 발생하고, 비타민 D와 함께 과량 복용시 고칼슘혈증, 관절이나 신장에 칼슘 침착 등의 증상이 발생한다. 마그네슘(magnesium, Mg2+)은 에너지 생성, 신경기능 조절, 비타민 B, E 대사의 촉진 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 심장병, 고혈압, 신결석, 불면증, 부정맥, 저혈압, 식욕상실, 근육통, 빈혈 등이 발생하고, 과량 복용 시에는 신기능 이상 환자에게 위험하다. 칼륨(potassium, K+)은 세포내 산염기 평형 조절, 수분조절, 신경기능 유지, 세포기능 보존, 혈관확장, 뇌의 산소공급 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 부정맥, 식욕감퇴, 근육경련, 변비, 피로, 무력증, 저혈당증 등이 발생하고, 과량 섭취 시 신부전 환자에게 위험하다.

풍부한 천연 보고의 해수(海水)는 무궁 무진한 다종의 모든 무기물 원소를 함유하고 있으며, 해수에 포함된 미네랄 성분은 100% 수용성이므로 체내 흡수가 용이한 장점이 있다. 따라서 해수에 포함된 미네랄 성분은 잘못된 식이습관, 환경오염 등으로 인해 미네랄 밸런스가 무너진 현대인에게 매우 유용한 미네랄 공급원이 될 수 있다.

따라서 미네랄은 많이 포함시키되 염소이온, 황산이온 및 중금속 등 불순물을 경제적이고 효율적으로 제거한 미네랄 워터를 만드는 것이 무엇보다도 중요하다.

그러나 해수의 경우, 상당량의 염분(NaCl)을 포함하므로, 염분을 제거하는 담수화 과정에서, 유용한 미네랄 성분인 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등이 함께 제거되는 문제가 있다. 또한 양이온, 음이온으로 나누어져 있고 이들 이온은 또 1가 이온, 2가 이온으로 나누어져 있는 등 다양한 특성을 가지고 있어 개별적으로 분리 추출하는 것이 쉽지 않게 되어 있다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 해수로부터 불순물을 제거하고, 탈염한 다음, 중금속 및 유기오염물질을 제거하여 미네랄용액을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 해수로부터 불순물을 제거하고, 탈염한 다음, 중금속 및 유기오염물질을 제거하여 미네랄용액을 제조하는 방법과 이에 의하여 제조되는 미네랄 용액을 제공한다.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.

본 발명의 일 견지에 의하면 본 발명은, (a) 준비한 해수를 용기에 투입하고 정치하여 둠으로써, 불순물을 침전시킨 후 불순물을 제거하는 단계; (b) 상기 (a)단계를 거친 해수를 여과장치로 여과함으로써, 부유물을 여과하는 단계; (c) 상기 (b)단계를 거친 해수를 가열하여 30~35 °Be로 농축시킴으로써 염화나트륨 결정을 석출시킨 후, 상기 석출된 염화나트륨 결정을 분리하는 단계; (d) 상기 (c)단계를 거친 해수를 -10~-20℃로 냉각시킴으로써 염화마그네슘 결정을 석출시킨 후, 상기 석출된 염화마그네슘 결정을 분리하는 단계; (e) 상기 (d)단계를 거친 해수를 전기분해함으로써, 염소, 브롬, 중금속 및 유기오염물질을 침강분리하는 단계; (f) 상기 (e)단계를 거친 해수를, 고분자 흡착탑을 통과하게 함으로써, 상기 해수에 포함된 중금속을 흡착시키는 단계; 및 (g) 상기 (f)단계를 거친 해수에 흡착제를 투입한 후 교반하여 흡착시킴으로써 상기 해수에 포함되어 있는 불순물을 흡착시킨 다음, 여과장치로 여과하여 상기 흡착제를 제거함으로써 상기 해수에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 단계;를 포함하는 공정에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 해수로부터 미네랄 용액을 제조하는 방법에 관한 것이다.

바람직하게는 상기 (g)단계에 투입되는 흡착제는 활성탄, 숯, 제올라이트 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 견지에 의하면, 본 발명은 상기의 방법에 의하여 제조되는 미네랄 용액에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 방법에 의하여 해수에 포함된 불순물과 염분, 중금속 등은 제거하면서도 미네랄 함량이 높은 미네랄 농축액을 제조할 수 있게 된다. 이러한 본 발명의 미네랄 용액은 인체에 부족한 미네랄을 효과적으로 공급할 수 있는 음용수로 이용할 수 있으며, 미네랄 보충용 식품첨가물로도 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 이외에도 식물의 미네랄 공급원으로서 비료, 배양액 및 영양제 등으로 활용가능하므로 다양한 산업법위에서 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 해수로부터 미네랄 용액을 제조하는 공정을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해수로부터 미네랄 용액을 제조하는 공정도로, 준비한 해수로부터 불순물을 제거하고, 탈염한 다음, 중금속 및 유기오염물질을 제거하여 미네랄 용액을 제조하는 공정이다. 보다 구체적으로 상기 미네랄 용액을 제조하는 방법은, 해수를 투입하고 정치하여 불순물을 침전시킨 후 이를 분리하여 제거하는 단계(S10), 부유물을 여과하는 단계(S20), 가열ㆍ농축하여 염화나트륨 결정을 석출한 후 제거하는 단계(S30), 냉각하여 염화마그네슘 결정을 석출한 후 제거하는 단계(S40), 전기분해하여 Cl, Br, 중금속 및 유기오염물질을 침강 분리시키는 단계(S50), 고분자 흡착탑을 통과시켜 중금속을 흡착시키는 단계(S60), 흡착제를 투입하여 교반 및 흡착 후, 여과하여 흡착제를 제거하는 단계(S70)에 의하여 제조된다

이를 위해 본 실시예에서는 해수를 투입하고 정치하여 불순물을 침전시킨 후 이를 분리하여 제거하는 단계(S10)는, 먼저 해수를 준비한 다음 원뿔형 통에 이송하여 2일 정도 정치하여 하단에 불순물이 침전하게 되면 이를 분리하여 제거하도록 하였다.

부유물을 여과하는 단계(S20)는, 상기 원뿔형 통에서 불순물을 분리하여 제거한 다음 남은 상등액을 필터 프레스로 여과하여 부유물을 제거하였다.

가열ㆍ농축하여 염화나트륨 결정을 석출한 후 제거하는 단계(S30)는, 상기에서 불순물과 부유물을 제거한 여액(모액)을 가열하여 증발, 농축시켜서 염화나트륨 결정이 석출되면 이를 제거하였다. 이 때, 농축은 31°Be까지 농축하여야 염화나트륨(NaCl) 결정이 석출되어 분리할 수 있게 된다. 상기에서, 해수나 해양 심층수의 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 근사하기 때문에 농도를 표시하는 척도로도 널리 사용되고 있다.

보메도(°Be)와 액체의 비중(d)과의 관계는 다음과 같다.

액체의 비중이 물의 비중보다 무거운 중보메도의 경우

d = 144.3/(144.3-°Be)

액체의 비중이 물의 비중보다 가벼운 경보메도의 경우

d = 144.3/(134.3+°Be)

냉각하여 염화마그네슘 결정을 석출한 후 제거하는 단계(S40)는, 상기 염화나트륨을 제거한 여액을 냉각장치에서 영하 10℃까지 냉각하여 하루 정도 정치함으로써 염화마그네슘(MgCl₂)결정을 석출시켜 제거하였다.

이 때, 상기에서 분리한 염화나트륨 결정과 염화마그네슘 결정은 두부의 제조시 물에 용해하여 간수용으로 사용할 수 있다.

상기 염화나트륨과 염화마그네슘 결정을 각각 석출시킨 후 제거하는 단계(S30, S40)후, 상기 염화나트륨과 염화마그네슘을 제거한 상등액을 모액과 합한 다음 가열시켜 33 °Be까지 농축함으로써 다시 한 번, 염화나트륨 결정을 분리, 제거하도록 할 수도 있다.

전기분해하여 Cl, Br, 중금속 및 유기오염물질을 침강 분리시키는 단계(S50)는, 상기에서 염화나트륨, 염화마그네슘을 분리, 제거한 여액을 전기분해장치를 이용하여 전기분해함으로써, 상기 여액에서 산화, 환원, 응집반응이 동시 또는 순차적으로 일어나, 상기 여액 속의 Cl, Br, 미량의 중금속 및 비료나 세척제 등의 유기오염물질을 산화, 제거하여 살균소독하게 된다.

즉, 전기분해에 의한 메커니즘은 다음과 같다.

1차 산화반응으로 염소이온, 브롬이온이 제거되어 염소기체, 브롬액체로 변환된다.

2Cl^- → Cl_2(g) + 2e^-, E = 1.3961V

2Br^- → Br_2(g) + 2e^-, E = 1.3961V

2차 산화반응으로 염소이온산화로 발생한 염소기체가 브롬이온보다 활성이 더 크므로 브롬이온을 치환시키게 된다.

Cl_2(g) + 2Br^- → Br_2(l) + 2Cl^- _(aq) (pH 3.5)

응집반응은 산화, 환원반응과 콜로이드 상의 물질이 대부분 마이너스로 하전되어 응집반응이 일어나 미량의 중금속과 유기오염물질을 제거하게 된다.

전해응집반응은 전해과정 중 생성되어 용해된 금속이온들이 가수분해되어 생성된 OH^-와 결합하여 금속수산화물을 형성하며, 이 때 생성된 금속수산화물은 화학적으로 만들어진 금속수산화물보다 활성이 강하고 제타전위가 낮기 때문에 응집, 침강 특성이 우수하여 처리에 효과적이다.

Mⁿ +nOH^- → M(OH)n ↓

콜로이드 물질 + E → 콜로이드 물질^- + H⁺ → OM↓ +H₂O

분해오염물질도 콜로이드 물질에 대한 반응과 동일한 반응을 나타낸다. 환원반응 응집응결반응은 전기응집 반응의 우수한 특징으로 활성이 크고 정화효과도 크게 된다.

또한, 상기 Cl_2(g)의 산화에 의하여 치환되어 유리된 Br_2(l)의 고액분리를 위하여 공기를 불어넣어주면 모액으로부터 Br_2(l)가 단리되므로, 탈기 후 침강시켜 제거하도록 한다.

고분자 흡착탑을 통과시켜 중금속을 흡착시키는 단계(S60)는, 상기에서 염소이온, 브롬이온, 중금속, 유기오염물질 등을 제거한 여액에 남아있는 미량의 중금속을 제거하는 단계로, 고분자 흡착탑을 통과하게 함으로써 선택적으로 Cd, Cr, Hg, Mn, Pb, Fe 등의 중금속을 흡착시켰다.

흡착제를 투입하여 교반 및 흡착 후, 여과하여 흡착제를 제거하는 단계(S70)는, 상기 미량의 중금속 제거를 마친 여액에 활성탄을 1~100 mg/L 넣고 교반함으로써 활성탄에 불순물 등이 흡착되도록 하고, 활성탄 여과기에서 여과하여 불순물이 흡착된 활성탄을 제거하였다. 본 실시예에서는 활성탄을 사용하였으나, 제올라이트, 숯 등을 이용하여도 무방하다.

상기와 같은 단계를 거친 최종 여액은 불순물, 중금속, 유기오염물질 등이 제거되고, 탈염되고 미네랄이 농축된 미네랄용액이 된다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대하여만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 다음의 공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 해수로부터 미네랄 용액을 제조하는 방법:
   (a) 준비한 해수를 용기에 투입하고 정치하여 둠으로써, 불순물을 침전시킨 후 불순물을 제거하는 단계;
   (b) 상기 (a)단계를 거친 해수를 여과장치로 여과함으로써, 부유물을 여과하는 단계;
   (c) 상기 (b)단계를 거친 해수를 가열하여 30~35 °Be로 농축시킴으로써 염화나트륨 결정을 석출시킨 후, 상기 석출된 염화나트륨 결정을 분리하는 단계;
   (d) 상기 (c)단계를 거친 해수를 -10~-20℃로 냉각시킴으로써 염화마그네슘 결정을 석출시킨 후, 상기 석출된 염화마그네슘 결정을 분리하는 단계;
   (e) 상기 (d)단계를 거친 해수를 전기분해함으로써, 염소, 브롬, 중금속 및 유기오염물질을 침강분리하는 단계;
   (f) 상기 (e)단계를 거친 해수를, 고분자 흡착탑을 통과하게 함으로써, 상기 해수에 포함된 중금속을 흡착시키는 단계; 및
   (g) 상기 (f)단계를 거친 해수에 흡착제를 투입한 후 교반하여 흡착시킴으로써 상기 해수에 포함되어 있는 불순물을 흡착시킨 다음, 여과장치로 여과하여 상기 흡착제를 제거함으로써 상기 해수에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 단계
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 (g)단계에 투입되는 흡착제는 활성탄, 숯, 제올라이트 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 해수로부터 미네랄 용액을 제조하는 방법
3. 제 1 항 또는 제 2 항의 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는, 미네랄 용액.

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