KR20160085900A

KR20160085900A - 연수에 탄산칼슘 용액의 투입에 의한 탈염수 및 담수의 미네랄 재충전

Info

Publication number: KR20160085900A
Application number: KR1020167017321A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 포페트; 미첼 스코비; 미첼 폴
Original assignee: 옴야 인터내셔널 아게
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2016-07-18
Also published as: CA2844656A1; EP2565165B1; TW201318951A; HUE030551T2; CA2844656C; EP2565165A1; AR087720A1; EA201490513A1; CN103827044A; AU2012301003B2; TWI602786B; EP2751036A1; CN103827044B; BR112014004926B1; PT2565165T; HK1181741A1; MX2014002252A; MY161099A; PE20140940A1; SI2565165T1

Abstract

본 발명은 수 처리하는 공정 및 그러한 공정에서 탄산칼슘의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 급수를 제공하는 단계, 탄산칼슘의 수용액을 제공하는 단계로서, 탄산칼슘의 수용액은 용해된 탄산칼슘 및 이의 반응 종을 포함하는 것인 단계, 및 급수와 탄산칼슘 수용액을 합하는 단계를 포함하는, 물을 미네랄 재충전하는 공정에 관한 것이다.

Description

연수에 탄산칼슘 용액의 투입에 의한 탈염수 및 담수의 미네랄 재충전{REMINERALIZATION OF DESALINATED AND OF FRESH WATER BY DOSING OF A CALCIUM CARBONATE SOLUTION IN SOFT WATER}

본 발명은 수 처리의 분야에 관한 것이며, 그리고 보다 구체적으로 물을 미네랄 재충전하기 위한 공정 및 그러한 공정에서의 탄산칼슘의 용도에 관한 것이다.

식수가 부족해지고 있다. 심지어는 물이 풍부한 국가에서조차도, 모든 원천 및 저수지가 식수의 생산에 적합하지 않으며, 그리고 오늘날 수 많은 원천이 수질의 현저한 악화에 의해 위협을 받고 있다. 음료 목적으로 사용된 초기 급수는 주로 지표수 및 지하수였다. 그러나, 해수, 염수, 기수(brackish water), 폐수 및 오염된 유출수의 처리가 환경적 및 경제적 이유로 점점 더 그 중요성을 얻고 있다.

음료로 적합한 사용을 위해, 해수 또는 기수로부터 물을 회수하기 위해서, 여러 공정이 공지되어 있고, 그러한 공정이 건조 지역, 해안 지방 및 바다 섬에 상당히 중요하며, 그리고 그러한 공정은 증류 공정, 전기분해 공정 뿐만 아니라 삼투압 또는 역삼투압 공정을 포함한다. 그러한 공정에 의해 얻어지는 물은 매우 연수이며 그리고 pH 완충 염의 부족 때문에 낮은 pH를 가지므로, 고도로 반응성을 갖게 되는 경향이 있으며, 달리 처리되지 않는다면, 그것은 통상적인 파이프라인으로 그의 수송 중에 심한 부식 난점을 야기할 수 있다. 게다가, 미처리된 탈염수는 식수의 원천으로서 직접 사용될 수 없다. 파이프라인 시스템 내에 원하지 않은 물질의 용해를 방지하기 위해서, 파이프 및 밸브와 같은 물에 관한 부품의 부식을 피하기 위해서, 그리고 물을 맛 좋게 하기 위해서, 그 물을 미네랄 재충전하는 것이 필요하다.

물의 미네랄 재충전에 주로 사용되는 통상적인 공정으로는 이산화탄소에 의한 석회 용해(lime dissolution) 및 석회층 여과(limestone bed filtration)가 있다. 다른 보다 덜 일반적인 미네랄 재충전 공정은, 예를 들어 수화 석회 및 탄산나트륨의 첨가, 황산칼슘 및 중탄산나트륨의 첨가, 또는 염화칼슘 및 중탄산나트륨의 첨가를 포함한다.

석회 공정은 CO₂-산성화 수에 의한 석회 용액의 처리를 수반하며, 여기서 다음의 반응이 수반된다:

Ca(OH)₂ + 2CO₂ → Ca²⁺ + 2HCO₃ ^-

상기 반응식으로부터 수집될 수 있는 바와 같이, 2 당량의 CO₂는 미네랄 재충전을 위해서 1 당량의 Ca(OH)₂를 Ca² ⁺ 및 바이카르보네이트(bicarbonate)로 전환시키는데 필요하다. 이 방법은, 알칼리 히드록사이드 이온을 완충 종 HCO₃ ^-으로 전환시키기 위해서, 2 당량의 CO₂의 첨가에 따라 좌우된다. 물의 미네랄 재충전을 위해서, 총 중량을 기준으로 0.1 내지 0.2 중량%인, 일반적으로 석회수라고 칭하는 포화 수산화칼슘 용액은 석회유(lime milk)으로부터 (보통 최대 5 중량%)으로 제조된다. 그러므로, 석회수를 생성하는 포화기(saturator)가 사용되어야 하고, 큰 부피의 석회수가 미네랄 재충전의 표적 수준을 달성하는데 필요하다. 이러한 방법의 추가 단점은 수화 석회가 부식성이며 그리고 적당한 취급 및 특수 장비가 요구된다는 점이다. 게다가, 연수로의 수화 석회의 불량 제어된 첨가는 석회의 완충 특성의 부재로 인하여 원하지 않은 pH 이동을 유발할 수 있다.

석회석 층 여과 공정은 연수를 과립상 석회석의 층에 통과시켜서 탄산칼슘을 물 흐름 중에 용해시키는 단계를 포함한다. 석회석을 CO₂-산성화 수와 접촉시키는 것은 하기 반응식에 따라 그 물을 미네랄 재충전한다:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca²⁺ + 2HCO₃ ^-

석회 공정과는 달리, 단지 1 당량의 CO₂가 미네랄 재충전을 위해서 1 당량의 CaCO₃을 Ca² ⁺ 및 바이카르보네이트로 전환시키는데 화학량론적으로 필요하다. 게다가, 석회석이 부식성이 아니며 그리고 CaCO₃의 완충 특성에 기인하여 주요 pH 이동이 방지된다.

석회와 비교하여 탄산칼슘을 사용하는 하나의 추가 이점은 그것이 그의 매우 낮은 이산화탄소 풋프린트(footprint)를 갖는다는 점이다. 1 톤의 탄산칼슘을 생산하기 위해서 CO₂ 75 kg가 방출되고, 반면에 1톤의 석회를 생산하기 위해서 750 kg의 CO₂가 방출된다. 그러므로, 석회 대신에 탄산칼슘을 사용하는 것은 일부 환경 이익을 제공한다.

그러나, 과립상 탄산칼슘의 용해 속도가 느리고 필터가 그러한 공정에 요구된다. 이로써 그러한 필터의 상당한 풋프린트가 유발되고 대형 처리장 표면이 그러한 석회석 층 여과 시스템에 요구된다.

석회유 또는 석회 슬러리를 사용하여 물을 미네랄 재충전하는 방법이 US 7,374,694호 및 EP 0 520 826호에 기술되어 있다. US 5,914,046호에는 펄스화된 석회층을 사용하여 유출수 배출물 중의 산도를 감소시키는 방법이 기술되어 있다.

이로써, 물의 미네랄 재충전을 위한 공지된 공정의 단점을 고려하여, 본 발명의 목적은 물의 미네랄 재충전을 위한 대안적이거나 개선된 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 부식성 화합물을 필요로 하지 않으므로, 관석의 위험을 피하고, 부식 저항성 장비에 대한 필요성을 제거하며, 그리고 처리장에서 작업하는 사람에게 안전한 환경을 제공하는, 물의 재충전을 위한 공정을 제공하는 것이다. 또한, 석회 공정에 의한 현행 물의 미네랄 재충전과 비교될 때, 환경 친화적이고 적은 양의 이산화탄소를 필요로 하는 공정을 제공하는 것도 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적은 물의 미네랄 재충전을 위한 공정을 제공하는 것으로, 여기서 미네랄의 양은 요구되는 값으로 조정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 실제 예를 들어, 석회 공정과 비교할 때, 보다 작은 미네랄 재충전 유닛의 사용을 허용하는, 석회석을 사용하는 미네랄 재충전을 위한 공정을 제공하거나, 또는 보다 적은 부피의 미네랄 재충전 화합물의 사용을 허용하는 미네랄 재충전 공정을 제공하는 것이다. 또한, 석회석 층 여과 공정보다 보다 작은 처리장 표면 상에 작동될 수 있는 공정을 제공하는 것도 바람직하다.

본 출원인은 마이크로화 탄산칼슘 슬러리를 주입함으로써 탈염수 및 담수를 미네랄 재충전하기 위한 방법을 기술하고 있는 미공개 유럽 특허 출원 10 172 771.7호를 해결책으로서 알고 있지만, 전술한 목적 및 다른 목적은 (a) 급수를 제공하는 단계, (b) 탄산칼슘의 수용액을 제공하는 단계로서, 탄산칼슘 용액은 용해된 탄산칼슘 및 이의 반응 종을 포함하는 것인 단계, 및 (c) 단계 (a)의 급수와 단계 (b)의 탄산칼슘의 수용액을 합하는 단계를 포함하는, 물의 미네랄 재충전을 위한 공정(방법)을 제공함으로써 해결된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 물의 미네랄 재충전을 위한, 용해된 탄산칼슘 및 이의 반응 종을 포함하는 탄산칼슘의 수용액의 용도가 제공된다.

본 발명의 유리한 실시양태들은 상응하는 서브 클레임에서 정의된다.

하나의 실시양태에 따르면, 용액 중의 탄산칼슘의 농도는 용액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 1 g/L, 바람직하게는 0.3 내지 0.8 g/L, 보다 바람직하게는 0.5 내지 0.7 g/L이다.

또 다른 실시양태에 따르면, 단계 b)에서 탄산칼슘의 수용액의 제조에 사용된 탄산칼슘은 0.1 내지 100 ㎛, 0.5 내지 50 ㎛, 1 내지 15 ㎛, 바람직하게는 2 내지 10 ㎛, 가장 바람직하게는 3 내지 5 ㎛의 중량 중앙 입자 크기(weight median particle size) d₅₀을 갖거나, 또는 탄산칼슘은 1 내지 50 ㎛, 2 내지 20 ㎛, 바람직하게는 5 내지 15 ㎛, 가장 바람직하게는 8 내지 12 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d₅₀을 갖는다. 탄산칼슘 입자는 마찰을 기초로 하는 기법, 예를 들어 습식 또는 건식 조건 하에 미분쇄 또는 분쇄에 의해 얻어질 수 있다. 그러나, 또한 탄산칼슘 입자를 임의의 다른 적합한 방법에 의해, 예를 들어 침전, 초임계 용액의 급속 팽창, 분무 건조, 천연 발생 모래 또는 점토의 분급 또는 분류, 물의 여과, 졸-겔 공정, 분무 반응 합성, 화염 합성, 또는 액체 폼 합성에 의해 제조하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 단계 b)의 탄산칼슘의 수용액은 하기 과정 중 하나에 의해 제조된다:

A) 제1 단계에서 탄산칼슘의 수성 현탁액을 제조하고, 제2 단계에서 (i) 이산화탄소 발생 화합물, (ii) 이산화탄소 발생 화합물 및 산, 또는 (iii) 산을 탄산칼슘의 현탁액에 도입하는 과정, 또는

B) 제1 단계에서 (i) 이산화탄소 발생 화합물, (ii) 이산화탄소 발생 화합물 및 산, 또는 (iii) 산을, 탄산칼슘 용액의 제조에 사용하고자 하는 그 수 중에 도입하고, 이어서 제2 단계에서 탄산칼슘을 건조 형태로 또는 현탁액으로 그 수 중에 도입하는 과정, 또는

C) 탄산칼슘의 현탁액 및 (i) 이산화탄소 발생 화합물, (ii) 이산화탄소 발생 화합물 및 산, 또는 (iii) 산을 동시에 도입하는 과정.

본 발명의 목적상, 용어 "이산화탄소 발생 화합물"은 기체 이산화탄소, 액체 이산화탄소, 고체 이산화탄소, 이산화탄소를 함유하는 기체, 즉 하나 이상의 기체와 이산화탄소의 혼합물, 뿐만 아니라 열 또는 화학 처리시 이산화탄소를 방출하는 화합물을 포괄한다. 이산화탄소 발생 화합물은 이산화탄소와 다른 기체의 혼합물, 예컨대 연소 공정 또는 하소 공정 또는 기타 공정과 같은 공업 공정으로부터 배기되는 이산화탄소 함유 연도 기체(flu gas)이거나, 또는 이산화탄소 발생 화합물은 기체 이산화탄소이다. 이산화탄소와 다른 기체의 기체 혼합물이 사용될 때, 이산화탄소는 8 내지 99 부피%의 범위 내에 존재하고, 바람직하게는 10 내지 25 부피%의 범위 내에, 예를 들면 20 부피%로 존재한다.

본 발명에 사용된 산은 황산, 염산, 아황산, 인산으로 이루어진 군으로부터 선택된 산이 바람직하고, 황산 또는 인산인 것이 보다 바람직하다.

또 다른 실시양태에 따르면, 탄산칼슘은 탄산칼슘의 총 중량을 기준으로 0.02 내지 2.5 중량%, 0.05 내지 1.5　중량%, 또는 0.1 내지 0.6 중량%의 HCl 불용성 함량을 갖는다. 또 다른 실시양태에 따르면, 탄산칼슘은 중질 탄산칼슘(ground calcium carbonate), 개질 탄산칼슘(modified calcium carbonate) 또는 경질 탄산칼슘(precipitated calcium carbonate), 또는 이들의 혼합물이다.

하나의 실시양태에 따르면, 단계 b)의 용액은 마그네슘, 칼륨 또는 나트륨을 함유하는 미네랄, 바람직하게는 탄산마그네슘, 탄산마그네슘칼슘, 예를 들면 백운석질 석회석(dolomitic limestone), 석회질 백운석(calcareous dolomite) 또는 반소 백운석(half burnt dolomite), 마그네슘 산화물, 예컨대 소성 백운석(burnt dolomite), 황산마그네슘, 탄산수소칼륨, 또는 탄산수소나트륨을 추가로 포함한다.

또 다른 실시양태에 따르면, 단계 b)의 용액은 단계 b)에서 사용하기 전에 갓(freshly) 제조된다. 또 다른 실시양태에 따르면, 단계 b)의 용액의 제조와, 단계 c)에서 단계 a)의 급수와 단계 b)의 용액의 합하는 사이의 시간은 48 시간 미만, 24 시간 미만, 12 시간 미만, 5 시간 미만, 2 시간 미만, 또는 1 시간 미만이다. 또 다른 실시양태에 따르면, 단계 b)의 용액은 식수에 대한 국가 가이드라인에 의해 규정된 미생물학적 품질 요건을 충족한다.

하나의 실시양태에 따르면, 그 얻어지는 미네랄 재충전된 물은 탄산칼슘으로서 칼슘 농도 15 내지 200 mg/L, 바람직하게는 30 내지 150　mg/L, 가장 바람직하게는 100 내지 125 mg/L, 또는 from 15 내지 100 mg/L, 바람직하게는 20 내지 80　mg/L, 가장 바람직하게는 40 내지 60 mg/L를 갖는다.

또 다른 실시양태에 따르면, 그 얻어지는 미네랄 재충전된 물은 마그네슘 농도 5 내지 25 mg/L, 바람직하게는 5 내지 15 mg/L, 가장 바람직하게는 8 내지 12 mg/L를 갖는다. 또 다른 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 5.0 NTU 미만, 1.0 NTU 미만, 0.5 NTU 미만, 또는 0.3 NTU 미만의 탁도 값을 갖는다. 또 다른 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 -1 내지 2, 바람직하게는 -0.5 내지 0.5, 가장 바람직하게는 -0.2 내지 0.2의 란젤리 포화 지수(LSI: Langelier Saturation Index)를 갖는다. 또 다른 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 5 이하, 바람직하게는 4 이하, 가장 바람직하게는 3 이하의 실트 밀도 지수(SDI: Silt Density Index) SDI₁₅를 갖는다. 또 다른 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 4 이하, 바람직하게는 2.5 이하, 가장 바람직하게는 2 이하의 막 오염 지수(MFI: Membrane Fouling Index) MFI_0.45를 갖는다.

하나의 실시양태에 따르면, 급수는 탈염된 해수, 기수 또는 염수, 처리된 폐수 또는 천연수, 예컨대 지하수, 지표수 또는 강우이다.

하나의 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 급수와 합하게 된다. 또 다른 실시양태에 따르면, 공정은 입자 제거 단계를 추가로 포함한다.

하나의 실시양태에 따르면, 본 공정은 (d) 미네랄 재충전된 물의 파라미터 값을 측정하는 단계로서, 파라미터는 미네랄 재충전된 물의 알칼리도, 총 경도, 전도도, 칼슘 농도, pH, CO₂ 농도, 총 용해된 고체, 및 탁도를 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 단계, (e) 측정된 파라미터 값을 선결정된 파라미터 값과 비교하는 단계, 및 (f) 측정된 파라미터 값과 선결정된 파라미터 값 사이의 차이를 기초로 하여 탄산칼슘 용액의 양을 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 실시양태에 따르면, 그 선결정된 파라미터 값은 pH 값이고, 여기서 pH 값은 5.5 내지 9, 바람직하게는 7 내지 8.5이다.

하나의 실시양태에 따르면, 마이크로화된 탄산칼슘은 물의 미네랄 재충전에 사용되며, 여기서 미네랄 재충전된 물은 식수, 레크레이션용수(recreation water), 예컨대 수영장용수, 공정 적용(process application)을 위한 산업용수, 관개수, 또는 대수층(aquifer) 또는 우물(well)의 함양(recharge)을 위한 수로부터 선택된다.

본 발명의 의미에서 "용해된 탄산칼슘 및 반응 종"은 평형 상태에서 용해된 CO₂의 양에 따라 좌우되는 다음의 물질 및 이온: 탄산칼슘(CaCO₃), 칼슘 이온(Ca² ⁺), 바이카르보네이트 이온(HCO₃ ^-), 카르보네이트 이온(CO₃ ^2-), 탄산(H₂CO₃) 뿐만 아니라 용해된 CO₂를 포괄하는 것으로 이해된다.

본 발명에서 사용된 바와 같이 용어 "알칼리도(TAC)"는 산을 카르보네이트 또는 비카르보네이트의 당량점으로 중화시키는 용액의 성능에 대한 측정 수단이다. 그 알칼리도는 용액 중의 염기들의 화학양론적 합계와 동일하고, CaCO₃으로서 mg/L으로 특정된다. 알칼리도는 적정기에 의해 측정될 수 있다.

본 발명의 목적상, 용어 "칼슘 농도"는 용액 중의 총 칼슘 함량을 의미하고, Ca²⁺으로서 또는 CaCO₃으로서 mg/L으로 특정된다. 그 농도는 적정기에 의해 측정될 수 있다.

본 발명의 의미에서 "전도도"는 측정된 물이 염, 이온 또는 불순물이 얼마나 없는 지에 대한 지시자로서 사용되고, 물이 순수하면 순수할수록, 전도도가 더욱더 낮아진다. 전도도는 전도도 측정 기기에 의해 측정될 수 있고, μS/cm로 특정된다.

본 발명의 의미에서 "중질 탄산칼슘(GCC: ground calcium carbonate)"은 대리석, 백악, 석회석 또는 백운석을 비롯한 천연 공급원으로부터 얻어지는 탄산칼슘이다. 칼사이트는 탄산염 광물이며 탄산칼슘의 가장 안정한 다형체이다. 탄산칼슘의 다른 다형체는 광물 아라고나이트 및 바테라이트이다. 아라고나이트는 380-470℃에서 칼사이트로 변하고, 바테라이트는 훨씬 덜 안정하다. 중질 탄산칼슘은 습식 및/또는 건식에 의해, 예를 들면 사이클론에 의해, 분쇄, 선별 및/또는 분류와 같은 처리를 통해 가공된다. 예컨대, 백운석질 칼사이트 그 자체의 경우, 당업자에게는 중질 탄산칼슘이 한정된 농도의 마그네슘을 고유하게 함유할 수 있는 것으로 공지되어 있다.

본 발명에 사용된 바와 같이 용어 "란젤리 포화 지수(LSI)"는 스케일 형성 또는 부식할 수 있는 수성 액체의 경향을, 스케일 형성 경향을 나타내는 양의 LSI 및 부식 특성을 나타내는 음의 LSI로, 기술한 것이다. 그러므로, 균형을 이룬 란젤리 포화 지수, 즉 LSI = 0는 수성 액체가 화학적 균형으로 존재한다는 것을 의미한다. LSI는 다음과 같이 계산된다:

LSI = pH - pH_s

여기서, pH는 수성 액체의 실제 pH 값이고, pH_s는 CaCO₃ 포화에서 수성 액체의 pH 값이다. pH_s는 다음과 같이 평가될 수 있다:

pH_s = (9.3 + A + B) - (C + D)

여기서, A는 수성 액체 중에 존재하는 총 용해된 고체(TDS: total dissolved solid)의 수준 지시자이고, B는 K로 표시되는 수성 액체의 온도의 수준 지시자이며, C는 CaCO₃의 1 mg/L로 표시되는 수성 액체의 칼슘 농도의 수준 지시자이고, D는 CaCO₃의 mg/L로 표시되는 수성 액체의 알칼리도의 수준 지시자이다. 파라미터 A 내지 D는 다음의 방정식을 이용하여 결정된다:

A = (log₁₀(TDS) - 1)/10

B = -13.12 × log₁₀(T + 273) + 34.55

C = log₁₀[Ca²⁺] - 0.4

D = log₁₀(TAC)

여기서, TDS는 mg/L로 표시되는 총 용해된 고체이고, T는 ℃로 표시되는 온도이며, [Ca² ⁺]는 CaCO₃의 mg/L로 표시되는 수성 액체의 칼슘 농도이고, TAC는 CaCO₃의 mg/L로 표시되는 수성 액체의 알칼리도이다.

본 발명에 사용된 바와 같이 용어 "실트 밀도 지수(SDI: Silt Density Index)"는 수 중의 미립자 물질의 분량을 의미하고, 역삼투압 또는 나노여과 시스템의 오염 경향과 상호 관련된다. SDI는, 예를 들어 물이 일정하게 가해진 수압 208.6 kPa에서 통과될 때, 0.45 ㎛ 막 필터를 막는 속도로부터 계산될 수 있다. SDI₁₅ 값은, 물이 일정하게 가해진 수압 208.6 kPa에서 15 분 동안 통과될 때, 0.45 ㎛ 막 필터를 막은 속도로부터 계산된다. 전형적으로, 나권형(spiral wound) 역삼투압 시스템은 5 미만의 SDI를 필요로 하고, 중공 섬유형 역삼투압 시스템은 3 미만의 SDI를 필요로 한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "변형 오염 지수(MFI: Modified Fouling Index)"는 현탁된 물질의 농도를 의미하고, 물이 역삼투압 또는 나노여과 막을 오염시키는 경향을 예측하는데 SDI보다 더 정밀한 지수이다. MFI를 측정하는데 이용될 수 있는 방법은 15분 여과 시간에 걸쳐서 30초마다 부피를 기록한다는 점을 제외하고는 SDI의 경우와 동일할 수 있다. MFI는 t/V가 V에 대하여 작도될 때 곡선의 직선 부분의 기울기로서 그래프적으로 얻어질 수 있다(t는 부피 V(리터)를 수집하는 시간(초)이다). ＜ 1인 MFI 값은 약 ＜ 3인 SDI 값에 해당하고, 콜로이드 및 미립자 오염을 제어하기에 충분히 낮은 것으로서 간주될 수 있다.

한외여과(UF: ultrafilteration) 막이 MFI 측정에 사용되는 경우, 그 지수는 0.45 ㎛ 막 필터가 사용되는 경우인 MFI_0.45와는 대조적으로 MFI-UF라고 칭한다.

본 발명의 목적상, 용어 "마이크로화된(micronized)"는 마이크로미터 범위에 있는 입자 크기, 예를 들면 0.1 내지 100 ㎛의 입자 크기를 의미한다. 그 마이크로화된 입자는 마찰에 기초한 기법, 예를 들면 습식 또는 건식 조건 하에서 미분쇄 또는 분쇄에 의해 얻어질 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 방법에 의해, 예를 들면 침전, 초임계 용액의 급속 팽창, 분무 건조, 천연 발생 모래 또는 점토의 분급 또는 분류, 물의 여과, 졸-겔 공정, 분무 반응 합성, 화염 합성(flame synthesis) 또는 액체 폼 합성(liquid foam synthesis)에 의해 마이크로화된 입자를 제조하는 것이 또한 가능하다.

본 명세서 전반에 걸쳐서, 탄산칼슘 제품의 "입자 크기"는 입자 크기 분포에 의해 기술된다. 값 d_x는 입자의 x 중량%가 d_x 미만인 직경을 갖는다는 것에 상대적인 직경을 나타낸다. 이는 d₂₀값이 모든 입자의 20 중량%가 보다 작은 입자 크기이고, d₇₅ 값이 모든 입자의 75 중량%가 보다 작은 입자 크기임을 의미한다. 따라서, d₅₀ 값은 중량 중앙 입자 크기(weight median particle size)이고, 즉 모든 입자의 50 중량%는 그 입자 크기보다 크거나 작다. 본 발명의 목적상, 입자 크기는 달리 특별하게 지시되어 있지 않은 한 중량 중앙 입자 크기 d₅₀으로서 특정된다. 0.5 ㎛보다 큰 d₅₀을 갖는 입자에 대한 중량 중앙 입자 크기 d₅₀ 값을 측정하기 위해서, Sedigraph 5100 장치(회사 Micromeritics, 미국)가 사용될 수 있다.

본 발명의 의미에서 "경질 탄산칼슘(PCC: precipitated calcium carbonate (PCC)"은 합성 물질, 일반적으로 수성 환경에서 이산화탄소와 석회의 반응을 수행하는 침전에 의해 또는 수중에서 칼슘과 카보네이트 공급원의 침전에 의해 또는 용액으로부터 칼슘 및 카보네이트 이온, 예를 들면 CaCl₂ 및 Na₂CO₃의 침전에 의해 얻어지는 합성 물질이다. 경질 탄산칼슘은 3가지 주요 결정질 형태: 칼사이트, 아라고나이트 및 바테라이트로 존재하고, 이들 결정질 형태 각각의 경우에는 수 많은 상이한 다형체(결정 습성(crystal habit))가 존재한다. 칼사이트는 전형적인 결정 습성, 예컨대 편삼각면체(scalenohedral)(S-PCC), 능면체(rhombohedral)(R-PCC), 육각 프리즘(hexagonal prismatic), 피나코이드(pinacoidal), 콜로이드(colloidal)(C-PCC), 큐빅(cubic) 및 프리즘(prismatic)(P-PCC)을 지닌 삼방정계 구조를 갖는다. 아라고나이트는 육각 프리즘 쌍정(twinned hexagonal prismatic crystal) 뿐만 아니라 얇고 긴 프리즘 결정(thin elongated prismatic crystal), 곡선 블레이드 결정(curved bladed crystal), 가파른 피라미드 결정(steep pyramidal crystal), 치즐 형상 결정(chisel shaped crystal), 가지 많은 나무 및 산호 또는 벌레 모양의 형태인 전형적인 결정 습성을 지닌 사방정계 구조이다.

본 발명의 의미에서 "개질 탄산칼슘(modified calcium carbonate)"은 천연 탄산칼슘이, 임의로 하나 이상의 알루미늄 실리케이트 및/또는 하나 이상의 합성 실리카 및/또는 하나 이상의 칼슘 실리케이트 및/또는 1가 염인 하나 이상의 실리케이트, 예컨대 나트륨 실리케이트 및/또는 칼륨 실리케이트 및/또는 리튬 실리케이트, 및/또는 하나 이상의 수산화알루미늄 및/또는 하나 이상의 나트륨 및/칼륨 실리케이트의 존재 하에, 25℃에서 2.5 이하의 pK_a를 갖는 하나 이상의 산과, 그리고 동일계에서 생성되고/되거나 외부 공급원으로부터 유래되는 기체 CO₂와 반응되는 공정에 의해 얻어지는 표면 반응된 천연 탄산칼슘이다. 이 표면 반응된 천연 탄산칼슘의 제법에 관한 추가 상세내용은 WO 00/39222호 및 US 2004/0020410 A1호에 개시되어 있으며, 이들 문헌의 내용은 본 특허 출원에 포함되어 있다.

본 발명의 목적상, "슬러리"는 불용해성 고체 및 물 그리고 임의로 추가의 첨가제를 포함하고, 보통 다량의 고체를 함유하므로, 보다 점성이고 일반적으로 그것을 형성하는 액체보다 더 높은 밀도를 갖는다.

본 발명에서 사용된 바와 같이 용어 "미네랄 재충전(remineralization)"은, 맛이 좋은 물을 얻기 위해서, 미네랄을 불충분한 양으로 함유하거나 그 미네랄을 전혀 함유하지 않은 수 중의 미네랄의 복원을 의미한다. 미네랄 재충전은 처리하고자 하는 물에 적어도 탄산칼슘을 첨가함으로써 달성할 수 있다. 임의로, 예를 들면 일부 필수 미네랄 및 미량 원소의 적당한 섭취를 보장하는 건강 관련된 이익을 위해서, 추가의 물질이 그 탄산칼슘 내로 혼합되거나 그 탄산칼슘과 혼합될 수 있고 이어서 미네랄 재충전 공정 동안 그 물에 첨가될 수 있다. 인간 건강 및 식수 품질에 관한 국가 가이드라인에 따르면, 미네랄 재충전된 제품은 마그네슘, 칼륨 또는 나트륨을 함유하는 추가의 미네랄, 예를 들면 탄산마그네슘, 황산마그네슘, 탄산수소칼륨, 탄산수소나트륨 또는 필수 미량 원소를 함유하는 다른 미네랄을 포함할 수 있다.

본 발명의 목적상, 탄산칼슘의 용액은 용매 중의 탄산칼슘의 투명 용액을 의미하며, 여기서 모든 또는 거의 모든 CaCO₃은 시각적으로 투명 용액을 생성하도록 용매 중에 용해된다. 그 용매는 물인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용된 바와 같이 용어 "총 용해된 고체(TDS: total dissolved solid)"는 분자 형태, 이온화 형태 또는 마이크로 과립상(콜로이드성 졸) 현탁 형태로 존재하는 액체 중에 함유된 모든 무기 및 유기 물질들의 합해진 함량의 측정 수단이다. 일반적으로, 작동상 정의(operational definition)는 그 고체가 2 마이크로미터의 구멍 크기를 갖는 체를 통과하여 여과에 생존하기에 충분히 작아야 한다는 것이다. 총 용해된 고체는 전도도 측정 기기에 의해 평가될 수 있고, mg/L으로 특정된다.

본 발명의 의미에서 "탁도(turbidity)"는 일반적으로 육안에 보이지 않은 개별 입자(현탁된 고체)에 의해 야기된 유체의 혼탁함(cloudiness) 또는 흐릿함(haziness)을 기술한 것이다. 탁도의 측정은 수질의 핵심 시험이고, 비탁계로 실시할 수 있다. 본 발명에 사용된 바와 같이 보정된 비탁계로부터 유래되는 탁도의 단위는 NTU(Nephelometric Turbidity Unit)로서 특정된다.

물을 미네랄 재충전하는 본 발명의 공정(방법)은 (a) 급수를 제공하는 단계, (b) 탄산칼슘의 수용액을 제공하는 단계로서, 탄산칼슘의 수용액은 용해된 탄산칼슘 및 이의 반응 종을 포함하는 것인 단계, 및 (c) 단계 (a)의 급수와 단계 (b)의 탄산칼슘의 수용액과 합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 공정에 사용하고자 하는 급수는 다양한 공급원으로부터 유래될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 공정에 의해 처리된 급수는 탈염된 해수, 기수 또는 염수, 처리된 폐수 또는 천연수, 예컨대 지하수, 지표수 또는 강우이다.

본 발명의 한 실시양태에 따르면, 급수는 전처리될 수 있다. 예를 들어 급수가 지표수, 지하수 또는 강우로부터 유도되는 경우, 전처리가 필요할 수 있다. 예를 들면, 식수 가이드라인을 달성하기 위해서, 물은 유기물 및 바람직하지 못한 미네랄과 같은 오염물을 제거하도록 화학적 또는 물리적 기법을 이용하는 것을 통해 처리될 필요가 있다. 예를 들면, 오존 처리가 제1 전처리 단계로서 이용될 수 있고, 이어서 제2 처리 단계로서 응고, 응집 또는 경사분리가 수행될 수 있다. 예를 들어 철(III) 염, 예컨대 FeClSO₄ 또는 FeCl₃, 또는 알루미늄 염, 예컨대 AlCl₃, Al₂(SO₄)₃ 또는 폴리알루미늄이 응집제로서 사용될 수 있다. 그 응집된 물질은 급수로부터, 예를 들어 모래 필터 또는 다층 필터에 의해 제거될 수 있다. 급수를 전처리하는데 이용될 수 있는 추가 물 정제 공정이, 예를 들면 EP 1　975　310호, EP　1　982　759호, EP　1　974　807호, 또는 EP　1　974　806호에 기술되어 있다.

본 발명의 또 다른 예시적인 실시양태에 따르면, 해수 또는 기수는 우선 외양(open ocean) 취수에 의해 또는 웰(well)과 같은 수면 아래 취수에 의해 바다로부터 펌핑되고, 이어서 그것은 물리적 전처리, 예컨대 선별, 침강 또는 모래 제거 공정을 수행하게 된다. 요구되는 수질에 따라, 추가 처리 단계, 예컨대 응고 및 응집이 막 상의 잠재적인 오염을 감소시키기 위해서 필요할 수 있다. 이어서, 전처리된 해수 또는 기수는, 예를 들어 다단 플래시, 다중 효용 증류(multiple effect distillation), 또는 막 여과, 예컨대 한외여과 또는 역삼투압을 이용하여, 증류될 수 있어서 잔류 미립자 및 용해된 물질을 제거하게 된다.

단계 b)의 탄산칼슘의 수용액은 하기 과정들 중 하나에 의해 제조되는 것이 바람직하다:

B) 제1 단계에서 (i) 이산화탄소 발생 화합물, (ii) 이산화탄소 발생 화합물 및 산, 또는 (iii) 산을, 탄산칼슘 용액의 제조에 사용하고자 하는 수 중에 도입하고, 이어서 제2 단계에서 탄산칼슘을 건조 형태로 또는 현탁액으로 그 수 중에 도입하는 과정, 또는

사용된 이산화탄소 발생 화합물은 기체 이산화탄소, 액체 이산화탄소, 고체 이산화탄소 및 이산화탄소를 함유하는 기체 중에서 선택되고, 이산화탄소 발생 화합물은 이산화탄소와 다른 기체의 기체 혼합물, 예컨대 연소 공정 또는 하소 공정과 같은 산업적 공정으로부터 배기되는 이산화탄소 함유 연도 기체이거나, 또는 이산화탄소 발생 화합물은 기체 이산화탄소인 것이 바람직하다. 이산화탄소와 기타 기체의 기체 혼합물이 사용될 때, 이산화탄소는 8 내지 약 99 부피%의 범위 내에, 바람직하게는 10 내지 25 부피%의 범위 내에 존재하고, 예를 들면 20 부피%이다.

기체 이산화탄소는 저장 탱크로부터 얻어질 수 있고, 그 탱크 내에서 상기 기체 이산화탄소는 액체상으로 유지된다. 이산화탄소의 소모율 및 환경에 따라, 극저온 탱크 또는 종래 절연된 탱크가 사용될 수 있다. 액체 이산화탄소를 기체 이산화탄소로 전환시키는 것은 공기 가열된 기화기 또는 전기 또는 스팀 기초 기화 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 필요하다면, 기체 이산화탄소의 압력은 주입 단계 전에, 예를 들면 감압 밸브를 사용함으로써 감소될 수 있다.

기체 이산화탄소는 급수의 스트림 내로 제어 속도로 주입될 수 있으며, 이는 그 스트림 중의 이산화탄소 기포의 분산액을 생성하고 기포가 거기에 용해되게 한다. 예를 들면, 급수 중의 이산화탄소의 용해는 투과물/증류물 중의 출발 CO₂ 농도, 최종 표적 pH 값(과량 CO₂) 및 최종 표적 칼슘 농도(첨가된 CaCO₃)에 따라 40-60 mg/L의 유량으로 급수 스트림을 제공함으로써 용이하게 될 수 있다.

예시적인 실시양태에 따르면, 이산화탄소는 물의 난류 영역에서 탄산칼슘 용액의 제조에 사용된 물 내로 도입되고, 여기서 그 난류는, 예를 들어 파이프라인 내의 제한부에 의해, 생성될 수 있다. 예를 들면, 이산화탄소는 파이프라인 내에 배치된 벤투리의 목부 내로 도입될 수 있다. 벤투리의 목부에서 파이프라인의 단면적을 좁게 하는 것은 이산화탄소를 비교적 작은 기포로 부수어 그 용해를 용이하게 하기에 충분한 에너지의 난류 흐름을 생성한다. 하나의 실시양태에 따르면, 이산화탄소는 압력 하에 물의 스트림 내로 도입된다. 본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 탄산칼슘 용액의 제조에 사용된 수 중의 이산화탄소의 용해는 정적 혼합기에 의해 용이하게 된다.

흐름 제어 밸브 또는 다른 수단이 탄산칼슘 용액의 제조에 사용된 물 내로 이산화탄소의 흐름의 속도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, CO₂ 투입 블록 및 CO₂ 인-라인 측정 장치가 CO₂ 흐름의 속도를 제어하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 하나의 예시적인 실시양태에 따르면, CO₂는 CO₂ 투입 유닛, 정적 혼합기 및 인-라인 CO₂ 측정 장치를 포함하는 조합된 유닛을 사용하여 주입된다.

이산화탄소는 탄산을 생성함으로써 급수를 산성화한다. 급수 내로 주입되는 이산화탄소의 양은 급수 내에 이미 존재하는 이산화탄소의 양에 따라 좌우된다. 결국, 급수 내에 이미 존재하는 이산화탄소의 양은, 예를 들면 급수의 처리 업-스트림에 따라, 좌우된다. 급수, 예를 들면 플래쉬 증발에 의해 탈염된 급수는 역삼투압에 의해 탈염된 급수보다 또 다른 양의 이산화탄소, 및 이로 인한 또 다른 pH를 함유한다. 급수, 예를 들면 역삼투압에 의해 탈염되는 급수는 약 5.3의 pH 및 약 1.5 mg/L의 CO₂ 양을 가질 수 있다.

급수의 미네랄 재충전은 용해된 탄산칼슘 및 이의 반응 종을 포함하는 탄산칼슘 용액을 급수 내로 주입함으로써 유도된다.

급수 내로 주입되는 탄산칼슘 용액은 용해된 탄산칼슘을 포함한다. 하나의 실시양태에 따르면, 그 용액 중의 탄산칼슘의 농도는 15 내지 200 mg/L, 바람직하게는 30 내지 150 mg/L, 가장 바람직하게는 100 내지 125 mg/L, 또는 15 내지 100 mg/L, 바람직하게는 20 내지 80 mg/L, 가장 바람직하게는 40 내지 60 mg/L이다.

단계 b)의 탄산칼슘의 수용액의 제조에 사용된 탄산칼슘은 마이크로미터 범위에 있는 중량 중앙 입자 크기 d₅₀를 보유한다. 하나의 실시양태에 따르면, 마이크로화 칼슘은 0.1 내지 100 ㎛, 0.5 내지 50 ㎛, 1 내지 15 ㎛, 바람직하게는 2 내지 10 ㎛, 가장 바람직하게는 3 내지 5 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d₅₀를 갖거나, 또는 탄산칼슘은 1 내지 50 ㎛, 2 내지 20　㎛, 바람직하게는 5 내지 15 ㎛, 가장 바람직하게는 8 내지 12 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d₅₀를 갖는다.

적합한 탄산칼슘의 예로는 중질 탄산칼슘, 개질 탄산칼슘 또는 경질 탄산칼슘, 또는 이들의 혼합물이 있다. 천연 중질 탄산칼슘(GCC)은 예를 들어 대리석, 석회석, 백악 및/또는 백운석 중 하나 이상으로부터 유도될 수 있다. 경질 탄산칼슘(PCC)은 예를 들어 아라고나이트, 바테라이트 및/또는 칼사이트 광물학적 결정 형태 중 하나 이상을 특색으로 할 수 있다. 아라고나이트는 일반적으로 침상 형태로 존재하고, 반면에 바테라이트는 육방정계에 속한다. 칼사이트는 편삼각면체, 프리즘, 구상 및 능면체 형태일 수 있다. 개질 탄산칼슘은 표면 및/또는 내구 구조 변형을 지닌 천연 중질 탄산칼슘 또는 경질 탄산칼슘을 특색으로 할 수 있고, 예를 들어 탄산칼슘은 소수화 표면 처리제, 예컨대 지방족 카르복실산 또는 실록산 등에 의해 처리 또는 코팅될 수 있다. 탄산칼슘은 예를 들어 폴리아크릴레이트 또는PolyDADMAC에 의해 처리 또는 코팅될 수 있어서 양이온성 또는 음이온성으로 된다.

본 발명의 하나의 실시양태에 따르면, 탄산칼슘은 중질 탄산칼슘(GCC)이다. 바람직한 실시양태에 따르면, 탄산칼슘은 3 내지 5 ㎛의 입자 크기를 갖는 중질 탄산칼슘이다.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 탄산칼슘은 탄산칼슘의 총 중량을 기준으로 0.02 내지 2.5 중량%, 0.05 내지 1.5 중량%, 또는 0.1 내지 0.6 중량%의 HCl 불용해성 함량을 포함한다. 바람직하게는, 탄산칼슘의 HCl 불용해성 함량은 탄산칼슘의 총 중량을 기준으로 0.6 중량%를 초과하지 않는다. 그 HCl 불용해성 함량은 예를 들어 석영, 실리케이트 또는 마이카와 같은 미네랄일 수 있다.

탄산칼슘 이외에도, 탄산칼슘 용액은 추가의 마이크로화된 미네랄을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에 따르면, 탄산칼슘 용액은 마이크로화된 탄산마그네슘, 탄산마그네슘칼슘, 예를 들면 백운석질 석회석, 석회질 백운석, 백운석 또는 반소 백운석, 마그네슘 산화물, 예컨대 소성 백운석, 황산마그네슘, 탄산수소칼륨, 탄산수소나트륨 또는 필수적인 미량 원소를 함유하는 다른 미네랄을 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시양태에 따르면, 탄산칼슘 용액은 이것이 급수와 합하기 전에 갓(freshly) 제조된다. 탄산칼슘 용액의 현장 제조가 바람직할 수 있다. 그 이유는, 탄산칼슘 용액이 현장에서 제조되지 않고/않거나 갓 제조되지 않을 때, 탄산칼슘의 용액으로의 안정화제 또는 살생제와 같은 추가 첨가제의 첨가가 안정화 이유로 요구될 수 있기 때문이다. 그러나, 그러한 첨가제가, 예를 들어 독성 이유로, 미네랄 재충전된 물 내에 있는 원하지 않은 물질일 수 있거나, 또는 자유롭게 이용가능한 Ca² ⁺ 이온의 생성을 억제할 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에에 따르면, 탄산칼슘 용액의 제조와 탄산칼슘 용액의 주입 사이의 시간은 48 시간 미만, 24 시간 미만, 12 시간 미만, 5 시간 미만, 2 시간 미만, 또는 1 시간 미만이다. 본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 주입된 용액은 식수에 대한 국가 가이드라인에 의해 규정된 미생물학적 품질 요건을 충족한다.

탄산칼슘 용액은, 예를 들어 용액의 경우 기계적 교반기 또는 보다 농축된 탄산칼슘 용액의 경우 특정 분말-액체 혼합 장치와 같은 혼합기, 또는 루프 반응기를 사용하여 제조할 수 있다. 본 발명의 하나의 실시양태에 따르면, 탄산칼슘 용액은 혼합 기기를 사용하여 제조할 수 있으며, 여기서 혼합 기기는 탄산칼슘 용액의 동시적인 혼합 및 투입을 가능하게 한다.

그 용액을 제조하는데 사용된 물은 예를 들어 증류수, 급수 또는 산업용수일 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에 따르면, 용액을 제조하는 데 사용된 물은 급수, 예를 들어 탈염 공정으로부터 얻어지는 투과물 또는 증류물이다. 하나의 예시적인 실시양태에 따르면, 탄산칼슘 용액을 제조하는데 사용된 물은 산성화된 이산화탄소이다. 임의의 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 탄산칼슘 용액을 처리하는데 사용된 물의 그러한 CO₂-전처리는 수 중의 탄산칼슘의 용해를 증가시키므로, 반응 시간을 감소시키게 된다.

하나의 실시양태에 따르면, 용해된 탄산칼슘을 포함하는 탄산칼슘 용액은 급수의 스트림 내로 직접 주입된다. 예를 들어, 탄산칼슘 용액은 이 용액에 대한 저장 용기와 연통하는 펌프에 의해 제어된 속도로 급수 스트림 내로 주입될 수 있다. 바람직하게는, 탄산칼슘 용액은, 미네랄 재충전된 물 내의 용액 농도 및 최종 농도에 따라, 급수 m³ 당 1 내지 200 리터의 속도로 급수 스트림 내로 주입될 수 있다. 또 다른 실시양태에 따르면, 용해된 탄산칼슘을 포함하는 탄산칼슘 용액은, 반응 챔버에서, 예를 들어 기계적 교반기와 같은 혼합기를 사용하여 급수와 혼합된다. 또 다른 실시양태에 따르면, 탄산칼슘 용액은 급수의 전체 흐름을 수용하고 있는 탱크 내로 주입된다.

본 발명의 하나의 실시양태에 따르면, 급수의 단지 일부만이 탄산칼슘의 용액을 주입함으로써 미네랄 재충전되고, 이어서 그 미네랄 재충전된 물은 미처리된 급수와 혼합된다. 임의로, 급수의 단지 일부만이 최종 표적 값과 비교하여 고 탄산칼슘 농도로 미네랄 재충전되고, 이어서 그 미네랄 재충전된 물은 미처리된 급수와 혼합된다.

또 다른 실시양태에 따르면, 농축된 탄산칼슘의 용액 또는 농축된 탄산칼슘 용액의 일부가, 예를 들면 한외여과에 의해, 여과되어, 미네랄 재충전된 물의 탁도 수준을 더욱더 감소시키게 된다.

본 발명의 목적상, 용어 "농축된 탄산칼슘의 용액"은 각 용매 중에 최대 가능한 양의 용해된 탄산칼슘을 함유하는 탄산칼슘의 용액으로서 이해되어야 한다. 가장 높은 가능한 양의 용해된 탄산칼슘은 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 방법, 예컨대 전도도의 측정, 또는 적정에 의한 경도의 측정에 의해 결정될 수 있다.

미네랄 재충전된 물의 품질은, 예를 들면 란젤리 포화 지수(LSI)에 의해 평가할 수 있다. 하나의 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 -1 내지 2, 바람직하게는 -0.5 내지 0.5, 가장 바람직하게는 -0.2 내지 0.2의 란젤리 포화 지수를 갖는다. 또 다른 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 5 이하, 바람직하게는 4 이하, 가장 바람직하게는 3 이하의 실트 밀도 지수 SDI₁₅를 갖는다. 또 다른 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 4 이하, 바람직하게는 2.5 이하, 가장 바람직하게는 2 이하의 막 오염 지수 MFI₀ _.45를 갖는다. 그 평가는, 예를 들어 처리된 급수의 pH를 연속적으로 측정함으로써 수행할 수 있다. 미네랄 재충전 시스템에 따라, 처리된 물의 pH는, 예를 들어, 탄산칼슘의 용액과 급수가 혼합되는 반응 챔버 내에서, 또는 미네랄 재충전된 물을 위한 저장 탱크 내에서, 처리된 물의 스트림 중에서 측정될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시양태에 따르면, 그 pH는 미네랄 재충전 단계 후 30 분, 20 분, 10 분, 5 분 또는 2 분에 측정된다. pH 값의 측정은 실온에서, 즉 약 20℃에서 수행할 수 있다.

본 발명의 하나의 예시적인 실시양태에 따르면, 주입된 탄산칼슘 용액의 양은 처리된 급수의 pH 값을 검출함으로써 제어된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 주입된 탄산칼슘 용액의 양은 알칼리도, 총 경도, 전도도, 칼슘 농도, CO₂ 농도, pH, 총 용해된 고체, 또는 탁도의 파라미터를 검출함으로써 제어된다. 하나의 실시양태에 따르면, 본 발명의 공정은 (d) 미네랄 재충전된 물의 파라미터 값을 측정하는 단계로서, 여기서 파라미터는 미네랄 재충전된 물의 알칼리도, 총 경도, 전도도, 칼슘 농도, pH, CO₂ 농도, 총 용해된 고체, 또는 탁도를 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 단계, (e) 측정된 파라미터 값을 선결정된 파라미터 값과 비교하는 단계, 및 (f) 측정된 파라미터 값과 선결정된 파라미터 값 사이의 차이를 기초로 하여 주입된 탄산칼슘 용액의 양을 제공하는 단계를 추가로 포함한다.

하나의 실시양태에 따르면, 선결정된 파라미터 값은 pH 값이고, 여기서 pH 값은 5.5 내지 9, 바람직하게는 7 내지 8.5이다.

도 1은 본 발명의 방법을 작동시키는데 사용될 수 있는 장치의 개략도를 도시한 것이다. 이 실시양태에서, 급수는 저장소(1)에서 파이프라인(2)으로 흐른다. 추가의 파이프(12)가 저장소(1)와 저장 탱크(9) 사이에 정렬된다. 파이프(12)는 이산화탄소 공급원(4)으로부터 유래된 이산화탄소가 제1 단계에서 CO₂-산성화 수를 제조하도록 급수 내로 주입될 수 있게 하는 기체 유입구(5)를 갖는다. 혼합기(8)가 저장소(1)의 하류에 있는 파이프(12)에 연결된다. 그 혼합기(8)에서, 탄산칼슘의 용액은 파이프(12)를 경유하여 저장소(1)로부터 얻어지는 물과 저장 용기(7)로부터 얻어지는 탄산칼슘을 혼합함으로써 현장에서 제조된다. 저장 탱크(9)가 파이프(12)와 연결될 수 있다. 그것이 존재할 때, 그것은 급수 시스템 내로 도입하기 전에 탄산칼슘의 용액을 저장하도록 하기 위해서 혼합기(8) 후에 제공된다. 혼합기(8)로부터 유래하는 용해된 탄산칼슘을 포함하는 탄산칼슘의 용액이, 존재하는 경우, 저장 탱크(9)를 경유하여 급수 스트림 내로 주입되게 하는 파이프라인(2)에서 저장소(1)의 하류에 유입구(10)가 위치하게 된다. 그 미네랄 재충전된 pH는 샘플 포인트(11) 상에서 슬러리 유입구(10)의 하류에서 측정할 수 있다. 하나의 실시양태에 따르면, 급수의 유량은 1일 당 20000 내지 500000 m³이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시양태를 도시한 것이다. 이 실시양태에서, 탄산칼슘의 수성 현탁액은 제1 단계에서 저장소(1)로부터 얻어지는 급수 중에 저장 용기(7)로부터 얻어지는 탄산칼슘을 도입함으로써 제조되고, 파이프(12)를 통해 흐른다. 제2 단계에서, 이산화탄소 공급원(4)으로부터 유래되는 이산화탄소는 혼합기(8) 내에서 탄산칼슘의 현탁액을 이미 함유하는 파이프(12)의 물과 합해진다. 이어서, 탄산칼슘의 현탁액 및 이산화탄소를 함유하는 물은 용해된 탄산칼슘을 포함하는 탄산칼슘의 용액을 얻기 위해서 혼합된다. 저장소(1)의 하류에 있는 파이프 라인(2) 내에 위치한 유입구(10)를 통해, 혼합기(8)로부터 유래되는 용해된 탄산칼슘을 포함하는 탄산칼슘의 용액이 급수 스트림 내로 주입된다. 미네랄 재충전된 물의 pH는 샘플 지점(11) 상의 슬러리 유입구(10) 하류에서 측정될 수 있다. 하나의 실시양태에 따르면, 급수의 유량은 1 일 당 20,000 내지 500,000 m³이다.

저장 탱크(9)는 본 발명의 공정을 수행하기 위한 임의의 특색이라는 점을 유의해야 한다. 바꾸어 말하면, 저장 탱크(9)는 본 발명의 실시양태에서 존재하지 않아야 한다. 이 경우, 탄산칼슘의 용액은 혼합기(8)로부터 유입구(10)를 통해 파이프라인(2)의 급수 스트림 내로 직접 주입된다.

본 발명의 공정은 식수, 레이크레이션용수, 예컨대 수영장용수, 공정 적용을 위한 산업용수, 관개수, 또는 대수층 또는 우물을 함양하기 위한 수를 생산하는데 이용될 수 있다.

하나의 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물 내의 이산화탄소 및 탄산칼슘 농도는 국가 가이드라인에 의해 설정되어 있는 식수 품질에 요구되는 값을 충족한다. 하나의 실시양태에 따르면, 본 발명의 공정에 의해 얻어지는 미네랄 재충전된 물은 CaCO₃으로서 15 내지 200 mg/L, 바람직하게는 CaCO₃으로서 30 내지 150 mg/L, 가장 바람직하게는 CaCO₃으로서 40 내지 60 mg/L, 또는 50 내지 150 mg/L, 가장 바람직하게는 100 내지 125 mg/L의 칼슘 농도를 갖는다. 용액이 추가의 마그네슘 염, 예컨대 탄산마그네슘, 또는 황산마그네슘을 포함하는 경우, 본 발명의 공정에 의해 얻어지는 미네랄 재충전된 물은 5 내지 25 mg/L, 바람직하게는 5 내지 15 mg/L, 가장 바람직하게는 8 내지 12 mg/L의 마그네슘 농도를 가질 수 있다.

본 발명의 하나의 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 5.0 NTU 미만, 1.0 NTU 미만, 0.5 NTU 미만, 또는 0.3 NTU 미만의 탁도를 갖는다.

본 발명의 하나의 예시적인 실시양태에 따르면, 미네랄 재충전된 물은 -0.2 내지 +0.2의 LSI, 15 내지 200 mg/L의 칼슘 농도, 5 내지 25 mg/L의 마그네슘 농도, CaCO₃으로서 100 내지 200 mg/L의 알카리도, 7 내지 8.5의 pH, 및 0.5 NTU 미만의 탁도를 갖는다.

본 발명의 하나의 실시양태에 따르면, 입자 제거 단계는, 미네랄 재충전 후에 수행되어, 예를 들어 미네랄 재충전된 물의 탁도 수준을 감소시키게 된다. 하나의 실시양태에 따르면, 침강 단계가 수행된다. 예를 들어, 급수 및/또는 미네랄 재충전된 물은 정화기 또는 저장 탱크 내로 파이프 이동될 수 있어서 그 물의 탁도 수준을 더욱더 감소시키게 된다. 또 다른 실시양태에 따르면, 입자는 경사분리에 의해 제거할 수 있다. 대안으로, 급수 및/또는 미네랄 재충전된 물의 적어도 일부가, 예를 들어 한외여과에 의해, 여과될 수 있어서, 그 물의 탁도 수준을 더욱더 감소시키게 된다.

실시예

측정 방법:

BET 비표면적

BET 비표면적(또한, SSA라고 칭하기도 함)은 Tristar II 3020(회사 MICROMERITICS^TM에 의해 판매됨)을 사용하여 ISO 9277에 따라 측정하였다.

미립자 물질(d ₅₀ (㎛))의 입자 크기 분포(직경 ＜ X ㎛을 지닌 입자 질량%) 및 중량 중앙 입자 직경(d₅₀)

Sedigraph ^TM 5100

미립자 물질의 중량 중앙 입자 직경 및 입자 직경 질량 분포는 침강 방법, 즉 중력장에서 침강 거동의 분석을 통해 측정하였다. 이 측정은 Sedigraph^TM 5100(회사 MICROMERITICS^TM에 의해 시판됨)에 의해 이루어졌다.

그 방법 및 기기는 당업자에게 공지되어 있고, 일반적으로 충전제 및 안료의 입자 크기를 측정하는데 사용하였다. 샘플은 4 g 건조 PCC에 상응하는 제품의 양을 Na₄P₂O₇ 0.1 중량%의 수용액 60 ml에 첨가함으로써 제조하였다. 그 샘플은 고속 교반기(Polytron PT 3000/3100, 15,000 rpm)를 사용하여 3 분 동안 분산시켰다. 이어서, 그것은 15 분 동안 초음파 배쓰를 사용하여 초음파 처리하고, 이후에 Sedigraph의 혼합 챔버에 첨가하였다.

현탁된 물질의 중량 고체(중량%)

고체 중량(또한, 임의의 물질의 고체 함량이라고도 칭함)은 고체 물질의 중량을 수성 현탁액의 총 중량으로 나누어 결정하였다.

고체 물질의 중량은 현탁액의 수성 상을 증발시킴으로써 얻어지는 고체 물질을 평량하고, 그 얻어진 물질을 일정 중량까지 건조시킴으로써 결정하였다.

다음의 실시예들은 다양한 농도에서 상이한 탄산칼슘의 용액의 제조를 제공하며, 그 용액은 물리적 및 화학적 특성, 예를 들면 탄산염 암석, 평균 입자 크기, 불용해성 함량 등에 따른 일련의 탄산염 제품으로부터 제조하였다.

하기 표 1은 미네랄 재충전 시험 동안에 사용된 상이한 탄산칼슘 제품들을 요약 기재한 것이다.

샘플^[1]	탄산칼슘 암석	d ₅₀ (㎛)	HCl 불용해성 함량(%)
A	석회석	3.0	0.1
B	대리석	1.8	1.5
C	대리석	2.8	1.5
D	대리석	3.3	2.0
E	대리석	8.0	2.0
F	대리석	4.4	0.2
G	대리석	10.8	0.2
H	PCC	0.6	0.1

^[1]상기 열거된 모든 탄산칼슘은 Omya(스위스 소재)로부터 상업적으로 이용할 수 있다.

A. Lab 실시예:

이 연구에서는 3개의 샘플을 시험하였는데, 샘플 A는 프랑스로부터 유래된 석회석 탄산칼슘이고, 샘플 B 및 샘플 C는 오스트레일리아 내의 동일 공장으로부터 공급된 대리석 탄산칼슘이고, 다만 중량 중앙 입자 직경이 달랐다.

하기 표 2는 Lab 규모로 수행된 미네랄 재충전 시험 중에 사용된 상이한 제품들을 요약한 것이다.

샘플	d ₅₀ (μm)	CaCO₃ (%)	HCl 불용해도 (%)
A	3.0	99.3	0.1
B	1.8	95.0	1.5
C	2.8	95.0	1.5

이러한 미네랄 재충전 시험에 사용된 물은 역삼투압(RO)에 의해 얻어지고 하기 표의 평균 품질을 갖는 물이었다:

사용된 이산화탄소는 "Kohlendioxid 3.0"(스위스 다그메르살렌 소재, PanGas AG 제품)으로서 상업적으로 이용가능하다. 순도는 ≥ 99.9 부피%이다.

A.1. 용액 중의 용해된 탄산칼슘의 최대 농도:

탄산칼슘 용액의 제조

RO(역삼투압)수 중에 용해된 탄산칼슘의 최대 농도는 이산화탄소(CO₂)에 의해 예비 투입된 RO수와 CaCO₃을 혼합함으로써 연구 조사하였다. CO₂-산성화 조건에서는 CaCO₃을 1 g까지 용해시킬 것으로 예상된다. 모든 Lab 시험은 1 L RO수의 뱃치(batch)에 의해, RO수 샘플 내에 배치된 유리 노즐을 통해 30 초 동안 1.5 L/min으로 CO₂를 예비 투입하면서, 실시하였다.

석회석 탄산칼슘(샘플 A)은 개시 시험에 사용하였다. CO₂-산성화 RO수 중의 CaCO₃ 0.6, 0.8, 1.0 및 1.2 g/L의 개시 농도를 제조하고, 상이한 CaCO₃ 농도를 갖는 상기 물 샘플 각각을 닫힌 병 내에서 5 분 동안 교반한 후, 24 h 동안 침전시켰다. 상이한 개시 CaCO₃ 농도를 갖는 각 물 샘플에 대한 상청액을 취하여 분석하였다.

하기 표 3은 RO(역삼투압)수 중의 상이한 CaCO₃ 농도로 샘플 A를 사용하여 CO₂-산성화 수 중의 농축된 CaCO₃ 용액을 제조하는 경우에 얻어지는 상이한 결과들을 도시한 것이다.

개시 CaCO₃ 농도 (g/L)	pH	알칼리도 (CaCO₃으로서 mg/L)
0.6	6.13	405.6
0.8	6.22	438.2
1.0	6.31	466.8
1.2	6.52	387.8

4개의 상청액으로부터 얻어지는 최대 알칼리도는 CaCO₃으로서 466.8 mg/L이었다. 이 최대 알칼리도는 CO₂-산성화 RO수 중의 CaCO₃ 1.0 g/L의 첨가에 의해 제조된 상청액으로부터 얻었다. 그러나, 일부 침전물은 여전히 그 플라스크의 바닥에서 관찰할 수 있었다.

대리석 탄산칼슘 샘플 B 및 샘플 C는 단일 생산 현장으로부터 제조되고, 다만 중량 중앙 입자 크기가 다르다. 양쪽 제품은 또한 CO₂-산성화 RO수 중의 용해된 CaCO₃의 최대 농도의 측정을 위해서도 시험하였다.

이 시험은 이전 시험의 경우와 동일한 조건 하에 실시하였다. 사용된 개시 CaCO₃ 농도는 양쪽 샘플 B 및 C에 대하여 0.5 및 0.7 g/L이었다. 침전 24h 후 얻어진 상청액을 샘플링하여 분석하였다.

하기 표 4는 RO수 중의 2가지 상이한 CaCO₃ 농도로 샘플 B 및 샘플 C를 사용하여 CO₂-산성화 수 중의 상이한 농축된 CaCO₃ 용액을 제조하는 경우에 얻어지는 상이한 결과들을 도시한 것이다.

샘플	개시 CaCO₃ 농도 (g/L)	pH	알칼리도 (CaCO₃으로서 mg/L)	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)
B	0.5	5.90	423.1	1 063	3.64
B	0.7	6.01	529.0	1 449	3.58
C	0.5	5.86	386.3	898	1.88
C	0.7	5.97	516.4	1 293	3.37

표 4로부터 유도될 수 있는 바와 같이, 4개의 상청액의 최대 알칼리도는 CO₂-산성화 RO수 중에 CaCO₃으로서 0.7 g/L를 첨가함으로써 얻어졌고, 샘플 B 및 샘플 C 각각으로부터 제조된 상청액의 경우 CaCO₃ 529.0 및 516.4 mg/L에 도달하였다. 개시 농도 0.5 g/L를 사용하여 샘플 C로부터 제조된 상청액의 알칼리도는 예상보다 더 낮았다. 이에 대한 이유는 불명확하지만, 아마도 부정확한 투입에 기인한다. 그럼에도 불구하고, 그것은 전도도 및 탁도에 대하여 마찬가지로 관찰된 보다 낮은 값과 일치한다. 그러나, 일부 침전물은 또한 플라스크의 바닥에서도 관찰할 수 있었다.

A.2 탄산칼슘에 의한 미네랄 재충전 동안 pH 변화:

일부 미네랄 재충전 시험은 RO수 중에 대리석 CaCO₃(샘플 B 및 샘플 C)의 농축된 CaCO₃ 용액을 투입함으로써 수행하였다. RO 중에, 농축된 CaCO₃ 용액을 희석시킴으로써, 처리된 물에 적합한 특성이 달성될 수 있다.

RO수에 첨가된, 농축된 CaCO₃ 용액의 부피는, CaCO₃으로서 45 mg/L의 알칼리도 증가의 목적으로, 그의 알칼리도에 따라 계산하였다. 이러한 투입은 CaCO₃ 용액의 개시 알칼리도에 대하여 8-12의 희석 인자에 해당한다. 이러한 미네랄 재충전 시험에 사용된 RO수는 5.32의 pH를 보유하였고, 알칼리도는 CaCO₃으로서 6.32 mg/L이었다.

혼합한지 2분 후에, 샘플링을 수행하고, 전도도 및 탁도를 측정하였으며, 이는 107 - 118 μS/cm 및 0.4 - 0.6　NTU의 값을 각각 부여하였다. 혼합한지 10 분 후에, 최종 pH 및 알칼리도를 또한 측정하였는데, 이는 각각 pH에 대하여 6.3-6.4 값 및 최종 알칼리도에 대하여 CaCO₃으로서 50 내지 53 mg/L의 값을 부여하였다.

하기 표 5는 R0수 중에 샘플 B 및 샘플 C의 농축된 CaCO₃ 용액을 투입(CaCO₃ 45 mg/L 첨가)함으로써 RO수의 미네랄 재충전에 대하여 얻어진 상이한 결과들을 도시한 것이다.

샘플		미네랄 재충전된 RO수
명칭/ 개시 CaCO₃ 농도	CaCO₃ 용액의 알칼리도 (CaCO₃으로서 mg/L)	pH^[1]	알칼리도^[1] (CaCO₃으로서 mg/)	전도도^[2] (μS/cm)	탁도^[2] (NTU)
샘플 B: 0.5 g/L	423.1	6.34	51.4	106.7	0.52
샘플 B: 0.7 g/L	529.0	6.44	51.6	111.7	0.39
샘플 C: 0.5 g/L	386.3	6.43	53.2	117.5	0.63
샘플 C: 0.7 g/L	516.4	6.39	49.7	106.7	0.48

^[1]R0수 중에 CaCO₃ 용액을 첨가한지 10 분 후에 측정됨.

^[2] R0수 중에 CaCO₃ 용액을 첨가한지 2 분에 측정됨.

RO수의 pH 5.32에서 출발할 때, CaCO₃ 용액의 첨가는 6.3-6.4에 이르는 신속한 pH 변화를 유도하고, 몇 분 이내에 pH는 정지 상태에 도달하였다. 최종 pH는 7.0-8.5의 표적 값보다 낮다. CO₂는 이 시험 동안 과다 투입된 것으로 의심된다.

CO₂-포화 RO수 중의 농축된 CaCO₃ 용액에 대한 결론으로서, 알칼리도에 대한 최대 값은 석회석 샘플 A의 경우 반올림된 수준 CaCO₃ 470 mg/L이고, 대리석 샘플 B 및 샘플 C의 경우 CaCO₃ 520 내지 530 mg/L이었다. 농축된 CaCO₃ 용액의 미네랄 재충전은 급속한 pH 증가를 제공하였고, 안정화된 pH는 몇 분 이내에 얻었다. 5.5의 pH 및 CaCO₃으로서 6 mg/L의 알칼리도로 출발할 때, RO수의 미네랄 재충전의 경우, 최종 pH는 6.3 내지 6.4의 값을 나타내고, 알칼리도는 최대 CaCO₃으로서 50 mg/L의 값을 나타낸다.

B.파일럿 규모 실시예:

B.1 파일렛 미네랄 재충전 유닛 1:

초기 Lab 규모 미네랄 재충전 시험에 이어서, 파일럿 시험은 보다 큰 규모로 공정 수행능을 연구하는 것을 목적으로 하였다. 또한 이 파일럿 유닛에서도 상이한 유형의 탄산칼슘을 시험하였다. 사용된 물은 역삼투압수 대신에 탈이온수이었다. 사용된 이산화탄소는 "Kohlendioxid 3.0"(PanGas AG, 스위스 다그메르셀렌 소재)로서 상업적으로 이용가능하다. 탁도는 ≥ 99.9 부피%이다.

파일럿 유닛은 각 시험 개시에서 분말 형태의 CaCO₃와 탈이온수가 혼합되는 100 L 혼합 용기에 있다. 이어서, 결과로 생성된 CaCO₃ 용액을 2 bar 이하의 압력에서 튜브 반응기를 통과하게 펌핑하였다. CO₂를 한정된 유량으로 튜브 반응기의 개시에서 투입하였고, 이어서 미네랄 재충전된 물을 그 튜브 반응기를 통과시켜서 그 수 중의 CaCO₃의 완전 용액을 허용하였다. 농축된 CaCO₃ 용액의 샘플을 파이프의 단부에서 취하여, pH, 전도도 및 탁도를 측정하였다.

이들 시험에 사용된 탈이온수는 다음의 평균 품질을 보유하였다:

B.1.1 용액(샘플 A) 중의 용해된 탄산칼슘의 최대 농도:

탈이온수 중의 용해된 탄산칼슘의 최대 농도는 또한 연속 모드로 파일럿 유닛 상에서 시험하였다. 파일럿 시험은 수 중의 탄산칼슘의 현탁액 내로 이산화탄소(CO₂)를 투입함으로써 산성 조건 하에 수행하였다. 이전 Lab 시험에 따라, 최대 알칼리도는 CO₂-산성화 조건 하에 탈이온수 중의 탄산칼슘 500 내지 700 mg/L의 초기 농도에 대하여 얻었다. 모든 파일럿 시험의 경우, 탄산칼슘의 개시 농도를 갖는 용액을 탈이온수와 혼합하고, 약 2 bar의 압력 하에 15 L/h의 평균 유량으로 튜브 반응기를 통과하게 펌핑하였다.

석회석 탄산칼슘(샘플 A)은 CO₂-산성화 수 중의 CaCO₃ 0.5, 0.6, 0.7 g/L의 개시 농도를 사용하여 개시 파일럿 시험에 사용하였다. 튜브 반응기에서 체류 시간은 약 45 분이었고, 정지 상태에 도달했을 때, 결과로 생성되는 농축된 탄산칼슘 용액을 튜브 반응기의 출구에서 수집하여 pH, 탁도, 전도도 및 알칼리도에 대하여 분석하였다.

하기 표 6은 탈이온수 중의 상이한 초기 CaCO₃ 농도로 샘플 A를 사용하여 CO₂-산성화 수 중의 농축된 CaCO₃ 용액의 제조에 있어서 얻어지는 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

시험 번호	개시 CaCO₃ 농도 (g/L)	pH	알칼리도 (CaCO₃으로서 mg/L)	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)
1	0.5	5.52	354	655	1.73
2	0.5	5.63	350	646	1.35
3	0.6	5.47	408	719	2.44
4	0.7	5.69	458	907	3.03

표 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 샘플 A를 사용할 때, (사용된 투입 범위 내에 속하는) 최대 알칼리도는 CO₂-산성화 급수 중의 CaCO₃으로서 0.7 g/L를 첨가하는 경우에 얻었고, CaCO₃ 458 mg/L에 도달하였으며, 이 경우 탁도는 3.03 NTU이었다.

B.1.2 상이한 유형의 탄산칼슘:

프랑스로부터 유래된 석회석 탄산칼슘(샘플 A)은 탄산칼슘의 농축된 용액의 제조를 위한 다른 탄산칼슘 제품과 비교하였다. 2가지 상이한 제조 공장으로부터 유래된, 상이한 중량 중앙 입자 크기를 지닌 2가지 대리석 탄산칼슘, 즉 오스트리아 내의 동일 공장에서 제조되지만 3.3 및 8.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기를 각각 갖는 샘플 D 및 샘플 E를 시험하였다. 유사하게 샘플 F 및 샘플 G는 프랑스 내의 동일 공장에서 제조되고, 4.4 및 10.8 ㎛의 중량 중앙 입자 크기를 각각 보유하였다. 2가지 상이한 장소 간의 주요 차이는 제1 공장(샘플 D 및 샘플 E)의 경우 매우 높은 불용성 함량 2.0% 및 제2 공정(샘플 F 및 G)의 경우 낮은 불용성 함량 0.2%를 갖는 출발 물질의 품질이다. 시험된 최종 제품, 샘플 H는 매우 순하고 순수한 오스트리아로부터 유래된 경질 탄산칼슘(PPC) 제품이었다.

하기 표 7은 파일럿 규모에서 수행된 미네랄 재충전 시험 동안 사용된 상이한 탄산칼슘 제품들을 요약한 것이다.

샘플	d ₅₀ (μm)	BET 비표면적 (m²/g)	HCl 불용성 (%)
A	3.0	2.7	0.1
D	3.3	3.8	2.0
E	8.0	2.2	2.0
F	4.4	3.6	0.2
G	10.8	1.7	0.2
H	0.6	19.8	0.1

파일럿 시험은 CO₂-산성화 수 중의 CaCO₃ 0.5 g/L인 각 탄산칼슘 제품에 대한 출발 농도를 사용하여 수행하였다. 튜브 반응기 내의 체류 시간은 이전 파일럿 시험에서와 같은 동일한 것, 즉 15 L/h의 유량을 사용하여 약 15 분이었다. 정지 상태에 도달했을 때, 결과로 생성되는 농축된 탄산칼슘 용액을 튜브 반응기의 출구에서 수집하여 pH, 탁도, 전도도 및 알칼리도에 대하여 분석하였다.

하기 표 8은 탈이온수 중의 한정된 CaCO₃ 농도를 위한 상이한 탄산칼슘을 사용하는, CO₂-산성화 수 중의 농축된 CaCO₃ 용액의 제조의 경우에 얻어진 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

시험 번호	샘플	개시 CaCO₃ 농도 (g/L)	pH	알칼리도 (CaCO₃으로서 ng/L)	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)
5	A	0.5	5.52	354	655	1.73
6	A	0.5	5.63	350	646	1.35
7	D	0.5	5.59	375	683	19.00
8	E	0.5	5.34	192	397	16.20
9	F	0.5	5.50	313	574	4.34
10	G	0.5	5.24	192	360	2.83
11	H	0.5	5.65	433	798	2.53

표 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 튜브 반응기의 출구에서 샘플링 할 때, 최대 알칼리도를 지닌 농축된 탄산칼슘 용액은 경질 탄산칼슘 (PCC) 제품(샘플 H)을 사용할 때 얻었다. 그러나, 이 농축된 탄산칼슘 용액에 대하여 측정된 탁도는 이러한 일련의 시험에 대하여 얻어진 최소 값이 아니다. 모든 대리석 제품(샘플 D, E, F, G)과 비교시, 석회석 탄산칼슘(샘플 A)은 낮은 탁도 값을 나타내었다. 상이한 입자 크기의 2가지 제품, 예를 들면 샘플 D과 샘플 E, 또는 샘플 F와 샘플 G를 비교할 때, 놀랍게도, 평균 입자의 크기가 크면 클수록, 더욱더 낮은 탁도가 달성될 수 있다는 점을 발견하게 되었다. 그러나, 예상된 바와 같이, 평균 입자의 크기가 작으면 작을수록, 최종 알칼리도 및 전도도가 더욱 더 높아진다.

B.1.3 표적 미네랄 재충전 농도로의 희석:

표적 수질을 충족하기 위해서, 농축된 탄산칼슘 용액을 탈이온수로 용해시켰다. 희석 인자들은 알칼리도를 CaCO₃으로서 45 mg/L까지 감소시키기 위해서 농축된 탄산칼슘의 개시 알칼리도에 따라 정의하였다. 최종 pH는 5 중량% NaOH 용액을 사용하여 7.8로 조정하였고, 최종 탁도를 측정하였다.

하기 표 9는 샘플 A의 농축된 CaCO₃ 용액을 탈이온수 내로 투입(CaCO₃ 45 mg/L의 첨가)함으로써 얻어지는 미네랄 재충전된 물에 대한 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

농축된 탄산칼슘 용액			미네랄 재충전된 물의 탁도 (NTU)
시험 번호	샘플: 개시 CaCO₃ 농도	개시 알칼리도 (CaCO₃으로서 mg/L)	미네랄 재충전된 물의 탁도 (NTU)
12	샘플 A: 0.5 g/L	350	0.39
13	샘플 A: 0.5 g/L	392	1.03
14	샘플 A: 0.6 g/L	408	0.97
15	샘플 A: 0.7 g/L	458	0.80

표 9로부터 유도되는 바와 같이, 농축된 탄산칼슘을 사용하는 그러한 미네랄 재충전 시험의 경우 최저 탁도 수준은 0.39 NTU (반올림된 0.4 NTU)이었다. 다른 시험은 0.8 내지 1.0(0.97 내지 1.03의 반올림된 값) NTU의 보다 높은 탁도 수준을 생성하였다.

각각의 WHO 가이드라인에 따르면, 미래에는 또한 최종 식수 중의 용해성 마그네슘 화합물의 함량을 약 10 mg/L Mg로 조정하는 요구사항이 가장 가능하게 있을 것 같다.

용액을 튜브 반응기 내에 도입하기 전에 탄산칼슘의 샘플 A에 마그네슘 염을 혼합하는 것을 통해 용액 중의 Mg 함량을 조정하는 시도가 있었다. MgSO₄가 용해성 Mg 염으로서 선택되었지만, 특히 처리된 물이 농업 용도에 사용될 때, 수 중의 설페이트의 최종 수준은 허용된 범위(＜ 200 ppm) 내에 계속 유지되어야 하는 것으로 언급되고 있다. 희석 인자는 또한 알칼리도를 CaCO₃으로서 45 mg/L까지 감소시킬 목적으로 농축된 탄산칼슘의 개시 알칼리도에 따라 정의되었다. 5 중량% NaOH 용액을 사용하여 최종 pH를 7.8로 조정하고, 최종 탁도를 측정하였다.

하기 표 10은 샘플 A의 농축된 CaCO₃ 용액 및 황산마그네슘을 탈이온수에 투입(CaCO₃ 45 mg/L의 첨가)함으로써 얻어지는 미네랄 재충전된 물에 대한 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

농축된 탄산칼슘 용액			최종 미네랄 재충전된 물의 탁도 (NTU)
시험 번호	개시 CaCO₃ 농도/ 개시 MgSO₄ 농도	개시 알칼리도 (CaCO₃으로서 mg/L)
16	[CaCO₃] = 0.5 g/L [MgSO₄] = 0.1 g/L	367	0.39
17	[CaCO₃] = 0.5 g/L [MgSO₄] = 0.1 g/L	329	0.37

모든 식수 특성을 평가하기 위해서, 미네랄 재충전된 물의 일부 샘플을 수질 관리 연구소에 보냈다. 예를 들면, 단지 탄산칼슘만을 사용하여 미네랄 재충전된 물을 얻었고, 이는 최저 탁도 수준이 시험 번호 12 및 15로부터 얻어진다는 점을 보여 주었다. 탄산칼슘과 황산마그네슘의 혼합물을 사용하여 미네랄 재충전된 물을 얻었고, 이는 최저 탁도 수준이 시험 번호 17로부터 얻어진다는 점을 보여 주었다. 이러한 3가지 샘플은 분석하기 위해서 오스트리아 식품 분석 및 품질 관리(Food Analysis and Quality Control)를 위한 카르티안 연구소(Carinthian Institute)로 보내고, 물 샘플은 식수 품질에 대한 엄격한 오스트리아 가이드라인에 그리고 용해성 마그네슘에 대한 WHO 가이드라인에 준수하여 상기 연구소에 의해 승인 받았다.

하기 표 11은 샘플 A의 농축된 CaCO₃ 용액을 탈이온수에 투입(CaCO₃ 45 mg/L의 첨가)함으로써 얻어지는 미네랄 재충전된 물에 대한 식수 품질을 나타낸 것이다.

식수 품질	미네랄 재충전된 물 샘플
	CaCO₃ 단독		CaCO₃/MgSO₄
	시험 번호 12	시험 번호 15	시험 번호 17
칼슘(mg/L)	19.0	21.2	21.2
마그네슘(mg/L)	-	-	13.4
총 경도(mg/L, CaCO₃)	47.2	52.7	109.7
pH	7.9	7.7	7.7
포화 지수	0.1	-0.3	0
전도도(μS/cm)	446	216	540
탁도(NTU)	0.4	0.3	0.33

B.2 파일릿 미네랄 재충전 유닛 2:

초기 파일럿 미네랄 재충전 시험에 이어서, 파일럿 규모의 새로운 일련의 시험을 2-7 bar의 압력 범위, RO수 유량 300 내지 400 L/h 및 CO₂ 투입 1.1 내지 5.5 L/min에서 작동할 수 있는 또다른 미네랄 재충전 유닛 상에서 수행하였다. 사용된 이산화탄소는 "Kohlendioxid 3.0"(PanGas AG, 스위스 다그메르셀렌 소재)로서 상업적으로 이용가능하다. 탁도는 ≥ 99.9 부피%이다

파일럿 유닛은 분말 형태의 CaCO₃ 및 RO수가 한정된 횟수(즉, 1회 이상)로 도입되는 60 L 혼합 용기에 있다. 이어서, 결과로 생성된 CaCO₃ 용액을 CO₂가 한정된 유량으로 투입되는 혼합기를 통과하게 펌핑하고 파이프를 통과시켜서 농축된 CaCO₃ 용액을 수 중의 CaCO₃의 완전 용해를 허용하였다. 튜브 반응기 내에서의 체류 시간은 약 45분이었고, 정지 상태에 도달했을 때, 결과로 생성되는 농축된 탄산칼슘 용액을 튜브 반응기의 출구에서 수집하고, pH, 탁도, 전도도 및 알칼리도에 대하여 분석하였다.

B.2.1 상이한 작동 압력:

이산화탄소(CO₂)에 의한 산성 조건 하에 RO수 중의 탄산칼슘의 용해에 미치는 압력의 효과를 연구하기 위해서, 상이한 작동 압력을 상기 기술된 미네랄 재충전 파일럿 유닛에 대하여 시험하였다. 이전 파일럿 시험으로부터 얻은 결과에 따라, RO수 중의 탄산칼슘 500 mg/L의 개시 농도를 제조하고, 결과로 생성된 용액에 어느 정도 과량의 CO₂를 투입하였다. 상이한 작동 압력에서 수행된 파일럿 시험은 유량 300 L/h를 보유하였고, 압력은 2 내지 7 bar로 다양하였다. 이러한 파일럿 시험에 사용된 탄산칼슘은 프랑스로부터 유래된 석회석(샘플 A)이었다.

하기 표 12는 상이한 압력 및 CO₂ 유량 3.3 L/min에서 RO수 중의 CaCO₃ 0.5 g/L의 농도를 갖는 샘플 A를 사용하여 CO₂-산성화 수 중의 농축된 CaCO₃ 용액의 제조에 있어서 얻어지는 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

시험 번호	압력(bar)	온도(℃)	pH	전도도(μS/cm)	탁도(NTU)
18	2.0	27	6.51	660	20
19	2.0	25	6.66	660	23
20	4.0	28	6.55	700	N/A
21	5.5	29	N/A	680	40
22	5.5	28	6.84	670	34
23	6.0	30	6.53	680	28
24	7.0	29	6.91	660	30

이들 시험은 이들 시험 조건 하에서 보다 높은 압력이 시험된 보다 높은 압력의 경우 보다 높은 탁도 수준을 결과로 생성하는 CaCO₃의 용해를 개선하지 못한다는 점을 보여 주었다. 보다 높은 압력을 이용하는 결과들 중 하나는 펌프에 기인한 CaCO₃ 용액의 온도 증가이다. 그러므로, 파일럿 유닛으로부터 배출되는 미네랄 재충전된 물이 보다 뜨거우므로, 이는 수 중의 CO₂의 용해도에 영향을 미칠 수 있다. 바꾸어 말하면, 그 물의 온도가 높으면 높을수록, 그 수 중의 CO₂ 용해가 더욱더 낮아진다. 하기 반응식의 결과로서, 용액 중의 용해된 CaCO₃가 보다 적은데, 이는 결국 미용해된 CaCO₃의 양에 기인하여 보다 높은 탁도를 유도한다.

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca²⁺ + 2 HCO₃ ^-

B.2.2 상이한 CO ₂ 유량:

CO₂의 투입은 RO수 중의 CaCO₃의 용해 속도에 미치는 유의적인 효과를 갖는 것으로 크게 추정된다. 그러므로, CO₂의 상이한 유량은 CaCO₃의 농축된 용액의 제조에 있어서 시험하였다. 모든 시험은 한정된 압력에서 하지만 상이한 CO₂ 유량에서 이전 시험에 대하여 기술된 바와 같은 동일한 프로토콜을 이용하여 수행하였다.

하기 표 13은 상이한 CO₂ 유량을 사용하여 5.5 bar의 압력에서 RO수 중의 CaCO₃ 0.5 g/L의 농도를 보유하는 샘플 A를 사용함으로써 CO₂-산성화 수 중의 농축된 CaCO₃ 용액의 제조에 있어서 얻어지는 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

시험 번호	CO₂ 유량 (L/min)	온도 (℃)	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)
25	1.1	29	330	138
26	3.3	29	680	40
27	5.5	29	720	7

표 13에 제시된 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험된 조건 하에 RO수 중의 CaCO₃의 용해도는 CO₂ 유량을 증가시킬 때 개선될 수 있다. 이는 CO₂ 유량을 증가시킬 때 반응 파이프의 출구에서 전도도의 증가 및 탁도의 감소로부터 유도될 수 있다.

B.2.3 체류 시간:

발생하는 CaCO₃의 용해에 대하여 할당된 체류 시간을 또한 연구하였다. 이에 관하여, 파일럿 시험은 단일 파이프 또는 차례로 연결된 2개의 파이프를 사용하여 수행하였다. 이러한 세팅은 체류 시간을 단일 파이프의 경우 대략 45 분에서 2개의 연결된 파이프의 경우 대략 90 분으로 2배로 증가시켜서, 결과로 생성되는 탁도 및 전도도에 미치는 체류 시간의 효과를 연구하게 하였다.

하기 표 14는 상이한 체류 시간 동안 한정된 CO₂ 유량 및 압력에서 RO수 중의 CaCO₃ 0.5 g/L의 농도를 보유하는 샘플 A를 사용하여 CO₂-산성화 수 중의 농축된 CaCO₃ 용액의 제조에 있어서 얻어진 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

시험 번호	압력 (bar)	CO₂ 유량 (L/min)	근사 체류 값 (min)	온도 (℃)	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)
28	2.0	3.3	45	27	670	20
29	2.5	3.3	90	26	700	4
30	5.5	1.1	45	29	330	138
31	6.0	1.1	90	29	460	85

표 14에 제시된 시험의 2개 세트는 체류 시간이 2가지 시험된 조건, 즉 시험 번호 28과 시험 번호 29, 및 시험 번호 30과 시험 번호 31의 경우 RO수 중의 CaCO₃의 용해에 직접적으로 미친다는 것을 분명하게 보여준다. 체류 시간이 길면 길수록, 각자 탁도가 더욱더 낮아지고, 전도도가 더욱더 높아진다는 점을 명확하게 알 수 있다.

. C. 첨가 실시예: 대리석/석회석

다음 실시예는 탄산칼슘의 현탁액 내로 CO₂를 투입하는 것, 및 결과로 생성된 현탁액을 잔류하는 불용해성 물질이 제거되도록 한외여과 막을 통해 여과시키는 것에 의한 역삼투압(RO)수 중의 농축된 탄산수소칼슘 용액의 제조를 제공한다. 2가지 탄산칼슘 제품은 이들의 물리적 및 화학적 특성, 예를 들면 탄산염 암석, 평균 입자 크기, 불용해성 함량, 및 비표면적에 따라 선택하고, 여과되는 농축된 탄산수소칼슘 용액의 최종 탁도 및 전도도에 대하여 서로 비교하였다.

하기 표 15는 탄산수소칼슘 용액의 제조를 위한 파일럿 시험 동안 사용된 상이한 탄산칼슘 제품들을 요약한 것이다.

샘플^[1]	탄산칼슘 암석	표면적 (m²/g)	d ₅₀ (μm)	HCl 불용해성 물질 (%)
A	석회석	2.7	3.0	0.1
B	대리석	4.4	2.5	3

^[1]상기 열거된 모든 탄산칼슘은 스위스 소재 회사 Omya로부터 상업적으로 이용하다는 점을 유의해야 한다.

이들 시험에 사용된 RO수는 다음의 평균 품질을 보유하였다:

C.1 파일럿 규모 실시예:

파일럿 규모로 일련의 시험은 다음의 작동 조건 하에 반응기 시스템에서 수행하였다:

압력: ~ 2.5 bar, 유량: ~ 300 L/h, 및 CO₂ 투입: 3.3 L/min.

사용된 이산화탄소는 "Kohlendioxid 3.0"(PanGas AG, 스위스 다그메르셀렌 소재)로서 상업적으로 이용가능하다. 탁도는 ≥ 99.9 부피%이다.

반응기 시스템은 분말 형태의 CaCO₃가 형성되고 RO수가 탄산칼슘의 개시 농도 500~1000 mg/L(0.05~0.1 중량%)를 갖도록 한정된 횟수(즉, 1회 이상)로 도입되는 60L 혼합 탱크에 있다. 이어서, 출발 CaCO₃ 현탁액은 CO₂가 다음의 반응에 따라 RO수 내로의 탄산칼슘의 용해를 허용하는 한정된 유량으로 투입되는 혼합기를 통과과하게 펌핑하였다:

CaCO_{3 (s)} + CO_{2 (aq)} + H₂O → Ca(HCO₃)_{2 (aq)}

결과로 생성된 현탁액은 수 중의 CaCO₃의 완전 용해를 위해 파이프를 통과시켰다. 그 파이프 내의 체류 시간은 약 40분이고, 정지 상태에 도달할 때, 결과로 생성된 현탁액을 파이프의 출구에서 수집하고 전도도 및 탁도에 대하여 분석하였다.

이어서, 결과로 생성된 현탁액은 불용해성 물질을 제거하기 위해서 한외여과 막, 유형 Inge dizzer P 2514-0.5를 통과하게 펌핑하였다. 2가지 여과 모드, 교차 흐름(cross-flow) 및 데드-엔드(dead-end)가 시험되었으며, 전자 모드는 유량의 2/3이 재순환되고 유량의 1/3이 그 막을 통과하여 지나가는데 있고, 후자 모드는 유량 전부가 한외여과 막을 통과하여 지나가는데 있다.

여과된 탄산수소칼슘 용액은 또한 전도도 및 탁도에 대하여 분석하고, 개시 공급 탄산칼슘 및 탱크로 다시 재순환되는 미여과된 결과로 생성된 현탁액과 비교하였다.

C.1.1 매우 순수한 탄산칼슘을 사용한 시험

공급(또는 출발) CaCO₃ 용액은 역삼투압수 중의 탄산칼슘의 상이한 개시 농도의 샘플 A를 사용하여 제조하였지만, 또한 상이한 화학양론적 과량의 CO₂ 및 체류 시간도 이용하여 제조하였다.

하기 표 16은 RO수 중의 탄산수소칼슘 용액(샘플 A)의 제조에 있어서 교차 흐름 모드에서 작동 조건들을 나타낸 것이다.

	공급물 CaCO₃ 현탁액(샘플 A)의 제조
시험 번호	개시 CaCO₃ 농도 (mg/L)	체류 시간 (min)	CO₂ 화학양론적 과량 (x배)
1	500	80	6
2	500	40	6
3	1000	40	3

하기 표 17은 공급물 CaCO₃ 현탁액(샘플 A) 및 결과로 생성되는 미여과된 현탁액 및 여과된 탄산수소칼슘 용액에 대하여 얻어지는 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

	공급물 CaCO₃ 현탁액		미여과된 결과로 생성된 현탁액 (2/3)		여과된 탄산수소칼슘 용액 (1/3)
시험 번호	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)
1	690-720	3.8-5.4	710	< 2.9	695	< 0.8
2	670-710	27-32	700-720	< 18	695	< 0.8
3	870-890	200-240	870-880	< 170	880	< 0.8

공급물 CaCO₃ 현탁액의 제조에 사용된 체류 시간은 여과된 탄산수소칼슘 용액(시험 1 및 2)의 전도도 및 탁도에 영향을 미치지 않았다. 이는 한외여과가 불용해성 부분의 최종 제거에 이용될 때 보다 짭은 체류 시간이 또한 탄산수소칼슘 용액의 제조에 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 탱크로 재순환되는 여과된 결과로 생성된 현탁액은 공급물 CaCO₃ 현탁액보다 현저히 더 낮은 탁도 수준을 나타내었고, 재순환이 진행됨에 따라 계속해서 감소하였다.

공급물 CaCO₃ 현탁액의 개시 농도를 증가시키는 것은 보다 적은 양의 CO₂ 과량을 사용하는 경우(시험 3)조차도 여과된 탄산수소칼슘 용액에 있어서 보다 높은 전도도 수준을 나타내었다. 이 시험에 있어서, 공급물 CaCO₃ 현탁액의 극히 높은 탁도 수준, 200-240 NTU는 한외여과 후 결과로 생성되는 최종 탁도, 예를 들면 < 0.8 NTU에 영향을 미치지 못하였다.

C.1.2 고 불용해성 함량을 함유하는 탄산칼슘을 사용한 시험

공급물 CaCO₃ 현탁액은 역삼투압수 중의 탄산칼슘의 상이한 개시 농도의 샘플 B, 체류 시간 40 분, 6배 및 3배 화학양론적 과량 CO₂ 및 여과 모드로서 교차 흐름 또는 데드-엔드를 이용하여 제조하였다.

하기 표 18은 샘플 B를 사용하는 RO수 중의 탄산수소칼슘 용액의 제조에 있어서 작동 조건들을 나타낸 것이다.

	공급물 CaCO₃ 현탁액(샘플 B)의 제조
시험 번호	개시 CaCO₃ 농도 (mg/L)	체류 시간 (min)	CO₂ 화학양론적 과량 (x-배)	여과 모드 (여과된 비율)
4	500	40	6	교차 흐름 (33%)
5	1000	40	3	데드-엔드 (100%)

하기 표 19는 샘플 B에 의해 제조된 공급물 CaCO₃ 현탁액 및 결과로 생성된 현탁액 뿐만 아니라 여과된 탄산수소칼슘 용액에 있어서 얻어지는 상이한 결과들을 나타낸 것이다.

	공급물 CaCO₃ 현탁액		여과된 탄산수소칼슘 용액
시험 번호	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)	전도도 (μS/cm)	탁도 (NTU)
4	680-700	52-61	705	< 0.7
5	870-880	210-230	870	< 0.7

시험 2 및 시험 4를 비교할 때, 샘플 B의 고 불용해성 함량은 공급물 CaCO₃ 현탁액의 탁도, 즉 샘플 A로 제조된 공급물 CaCO₃ 현탁액의 경우 27-32 NTU의 탁도 및 샘플 B로 제조된 공급물 CaCO₃ 현탁액의 경우 52-61 NTU의 탁도에만 영향을 분명히 미친다. 그러나, 여과된 탄산수소칼슘 용액의 최종 전도도 및 탁도는 유사한데, 양쪽 여과된 탄산수소칼슘 용액에 있어서 최대 탁도 수준이 0.7-0.8 NTU이고 전도도가 695-750 mS/cm이다.

시험 3과 시험 5를 비교할 때, 샘플 B의 고 불용해성 함량은 양쪽 공급물 CaCO₃ 현탁액의 탁도 및 전도도 중 하나에 영향을 미치지 않는 것이 명백하며, 즉 탁도 수준이 약 200-240 NTU이고 전도도 수준이 870-890 μS/cm이다. 이는 양쪽 공급물 CaCO₃ 현탁액 중에 존재하는 비-용해된 CaCO₃가 너무 많아서, 그것이 아마도 탁도를 거의 모두 유도하고 원료로부터 유래되는 불용해성 부분이 그러한 조건 하에 탁도에 영향을 미치지 못하기 때문이다.

여과된 탄산수소칼슘 용액은 또한 유사한 최종 전도도 및 탁도 수준을 제공하였는데, 최대 전도도 수준이 0.7~0.8 NTU이고, 전도도 수준이 870~880 μS/cm이다. 이들 결과는 원료의 불용해성 함량이 한외여과를 이용할 때 탄산수소칼슘의 최종 품질에 영향을 미치지 않는다는 점을 확인시켜 준다.

최종적으로, 데드-엔드 여과 방식은 시험 5의 경우 시험된 시간 동안 임의의 유의적인 변화를 나타내지 않고, 교차 흐름 여과 모드를 이용하여 수행된 시험과 비교하여 유사한 결과를 부여하였다.

Claims

a) 급수를 제공하는 단계,
b) 탄산칼슘의 수용액을 제공하는 단계로서, 탄산칼슘의 수용액은 용해된 탄산칼슘 및 이의 반응 종을 포함하는 것인 단계, 및
c) 단계 a)의 급수와 단계 b)의 탄산칼슘 수용액을 합하는 단계
를 포함하는 물을 미네랄 재충전(remineralization)하는 방법으로서,
수용액 중의 탄산칼슘의 농도는 수용액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 1 g/L이고, 단계 b)의 탄산칼슘의 수용액의 제조에 사용된 탄산칼슘은 0.1 내지 100 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d₅₀를 갖는 것인 방법.
제1항에 있어서, 단계 b)의 탄산칼슘의 수용액은 하기 과정들 중 하나에 의해 제조되는 것인 방법:
A) 제1 단계에서 탄산칼슘의 수성 현탁액을 제조하고, 제2 단계에서 (i) 이산화탄소 발생 화합물, (ii) 이산화탄소 발생 화합물 및 산, 또는 (iii) 산을 탄산칼슘의 수성 현탁액에 도입하는 과정, 또는
B) 제1 단계에서 (i) 이산화탄소 발생 화합물, (ii) 이산화탄소 발생 화합물 및 산, 또는 (iii) 산을, 탄산칼슘 수용액의 제조에 사용하고자 하는 수 중에 도입하고, 이어서 제2 단계에서 탄산칼슘을 건조 형태로 또는 현탁액으로 그 수 중에 도입하는 과정, 또는
C) 탄산칼슘의 현탁액 및 (i) 이산화탄소 발생 화합물, (ii) 이산화탄소 발생 화합물 및 산, 또는 (iii) 산을 동시에 도입하는 과정.
제1항 또는 제2항에 있어서, 탄산칼슘은 분쇄형(ground) 탄산칼슘, 개질(modified) 탄산칼슘 또는 침전형(precipitated) 탄산칼슘, 또는 이들의 혼합물인 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 얻어지는 미네랄 재충전된 물은 15 내지 200 mg/L의 탄산칼슘으로서 칼슘 농도를 갖는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 b)의 수용액은 마그네슘, 칼륨 또는 나트륨을 함유하는 미네랄을 추가로 포함하는 것인 방법.
제5항에 있어서, 얻어지는 미네랄 재충전된 물은 5 내지 25 mg/L의 마그네슘 농도를 갖는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 미네랄 재충전된 물은 5.0 NTU 미만의 탁도 값을 갖는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 미네랄 재충전된 물은 -1 내지 2의 란젤리 포화 지수(LSI: Langelier Saturation Index)를 갖는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 미네랄 재충전된 물은 5 미만의 실트 밀도 지수(Silt Density Index) SDI₁₅를 갖는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 미네랄 재충전된 물은 4 미만의 막 오염 지수(Membrane Fouling Index) MFI₀ _.45를 갖는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 급수는 탈염 해수, 탈염 기수(brackish water) 탈염 염수, 처리된 폐수, 천연수, 지하수, 지표수 또는 강우인 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 미네랄 재충전된 물은 급수와 혼합되는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은 입자 제거 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은 추가로 하기의 단계들을 포함하는 것인 방법:
d) 미네랄 재충전된 물의 파라미터 값을 측정하는 단계로서, 파라미터는 미네랄 재충전된 물의 알칼리도, 총 경도, 전도도, 칼슘 농도, pH, CO₂ 농도, 총 용해된 고체, 및 탁도를 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 단계,
e) 측정된 파라미터 값을 선결정된 파라미터 값과 비교하는 단계, 및
f) 측정된 파라미터 값과 선결정된 파라미터 값 사이의 차이를 기초로 하여 주입되는 탄산칼슘 용액의 양을 제공하는 단계.
제14항에 있어서, 선결정된 파라미터 값은 pH 값이고, pH 값은 5.5 내지 9인 것인 방법.
물의 미네랄 재충전을 위한 탄산칼슘 용액.
제16항에 있어서, 미네랄 재충전된 물은 식수, 레크레이션용수(recreation water), 수영장용수, 공정 적용(process application)을 위한 산업용수, 관개용수, 대수층(aquifer)을 위한 물 또는 우물(well)의 함양(recharge)을 위한 물로부터 선택되는 것인 탄산칼슘 용액.