特開 2022-101500 稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出・分離装置、および抽出・分離方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022101500

(43)【公開日】2022-07-06

(54)【発明の名称】稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出・分離装置、および抽出・分離方法

(51)【国際特許分類】

   B09C 1/02 20060101AFI20220629BHJP

【ＦＩ】

B09C1/02 ZAB

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021204887

(22)【出願日】2021-12-17

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-04-28

(31)【優先権主張番号】202011551323.1

(32)【優先日】2020-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】521088468

【氏名又は名称】生態環境部南京環境科学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100216471

【弁理士】

【氏名又は名称】瀬戸 麻希

(72)【発明者】

【氏名】鄭麗萍

(72)【発明者】

【氏名】馮艶紅

(72)【発明者】

【氏名】張亜

(72)【発明者】

【氏名】杜俊洋

(72)【発明者】

【氏名】孫麗

(72)【発明者】

【氏名】陸暁松

(72)【発明者】

【氏名】王国慶

【テーマコード（参考）】

4D004

【Ｆターム（参考）】

4D004AA41

4D004AB03

4D004AC07

4D004CA44

4D004CB42

4D004CB50

4D004CC03

4D004CC12

4D004DA02

4D004DA06

4D004DA12

4D004DA13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムを容易に抽出することができる、低コスト・高効率で、大規模の応用に便利である処理装置および方法を提供する。
【解決手段】抽出装置と分離装置７を含み、抽出装置は、農業用車両に接続され得る可動フレーム１、可動フレーム１に取り付けられた土壌収集装置３を含み、土壌収集装置３は、土壌予備処理コンポーネント４、給料装置５、電解土壌採集装置６を含み、抽出・分離方法は、給料装置５により土壌を第１の輸送コンポーネントに輸送して予備処理を行い、次に電解土壌採集装置６により電極を第２の輸送コンポーネント上の土壌に挿入させるように制御して電解処理を行い、電解土壌採集装置６により重金属カドミウム土壌を転移し、最後に分離装置７により重金属カドミウムを土壌から分離させる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植栽土壌から重金属カドミウムを予備抽出するための抽出装置と、重金属カドミウムを
二次抽出・分離するための分離装置（７）とを含み、
前記抽出装置は、農業用車両に接続できる可動フレーム（１）、前記可動フレーム（１
）に取り付けられた土壌収集装置（３）を含み、
前記土壌収集装置（３）は、土壌予備処理コンポーネント（４）、可動フレーム（１）
に配置されて土壌予備処理コンポーネント（４）の給料端に土壌を供給するための給料装
置（５）、可動フレーム（１）に取り付けられて土壌予備処理コンポーネント（４）の排
出端で土壌を収集するための電解土壌採集装置（６）を含み、
前記電解土壌採集装置（６）は、土壌予備処理コンポーネント（４）の排出端に接続さ
れた材料収集溝（６１）、材料収集溝（６１）の下端に配置された第２の輸送コンポーネ
ント（６０）、第２の輸送コンポーネント（６０）上の土壌を電解処理するための電解転
移コンポーネント、電解転移コンポーネントによって処理された土壌を転移するための転
移コンポーネントを含み、
前記電解転移コンポーネントは、第２の輸送コンポーネント（６０）の真上に配置され
た調整ブラケット、前記調整ブラケットに取り付けられた電極、および前記電極に電気的
に接続された電源コンポーネントを含み、前記調整ブラケットは、電解修復ブラケット（
６２）、電解修復ブラケット（６２）に取り付けられ電極間隔を調整するための伸縮ロッ
ド（６３）を含み、前記電極は、伸縮ロッド（６３）の左側に取り付けられた正極、伸縮
ロッド（６３）の右側に取り付けられた負極を含む、
ことを特徴とする稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出・分離装置。

【請求項2】

前記転移コンポーネントは、電解修復ブラケット（６２）の右側に取り付けられた取付ホ
ルダ（６４）、前記取付ホルダ（６４）に配列された複数組の接続ロッド（６５）、取付
ホルダ（６４）に設けられ接続ロッド（６５）を制御して第２の輸送コンポーネント（６
０）上の土壌を採集するための制御機構（６６）、重金属土壌を収集するための土壌貯蔵
ボックス（６７）を含み、
前記接続ロッド（６５）は、接続ロッド本体、接続ロッド本体の前端に設けられた土壌掻
き板を含み、前記接続ロッド本体の上端面にラック（６５１）が設けられ、ラック（６５
１）の下方にラック（６５１）に平行するシュート（６５２）が設けられ、
前記制御機構（６６）は、伸縮端がシュート（６５２）に接続された伸縮モータ（６６１
）、前記伸縮モータ（６６１）とシュート（６５２）の接続部に設けられた摺動ラグ（６
６２）、取付ホルダ（６４）に設けられてラック（６５１）に接続された動力ギア（６６
３）、前記動力ギア（６６３）の両側に設けられたクランプバッフル（６６４）、取付ホ
ルダ（６４）に設けられ接続ロッド本体の下方に位置する従動支持軸（６６５）を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出
・分離装置。

【請求項3】

前記土壌予備処理コンポーネント（４）は、給料装置（５）と電解土壌採集装置（６）と
を接続するための第１の輸送コンポーネント（４２）、前記第１の輸送コンポーネント（
４２）に設けられ土壌ｐＨおよび土壌湿度を調整するための水分調整コンポーネント（４
１）を含み、
前記水分調整コンポーネント（４１）は、第１の輸送コンポーネント（４２）中の土壌に
酸性溶液を噴霧するための第１の噴霧器、第１の輸送コンポーネント（４２）中の土壌に
アルカリ性溶液を噴霧するための第２の噴霧器、土壌ｐＨを検出するためのｐＨ検出器、
土壌湿度を検出するための湿度検出器を含み、
前記給料装置（５）は、給料ドラム（５１）、前記給料ドラム（５１）に取り付けられ土
壌輸送ベルト（４２）に給料するための給料シャベル（５２）、給料ドラム（５１）に動
力を提供するための給料動力コンポーネントを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出
・分離装置。

【請求項4】

抽出装置は、前記可動フレーム（１）に設けられ土壌収集装置（３）の前端に位置する土
壌ほぐしコンポーネント（２）をさらに含み、
前記土壌ほぐしコンポーネント（２）は、可動フレーム（１）に取り付けられた土壌ほぐ
しローラ（２１）、前記土壌ほぐしローラ（２１）に固定的に取り付けられた土壌ほぐし
コールター（２２）、前記可動フレーム（１）に設けられて土壌ほぐしローラ（２１）に
動力を提供するための土壌ほぐし動力コンポーネントを含み、前記土壌ほぐし動力コンポ
ーネントは電気ロールシャフトを採用する、
ことを特徴とする請求項１に記載の稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出
・分離装置。

【請求項5】

前記分離装置（７）は、土壌貯蔵ボックス（６７）に接続された反応タンク（７１）、前
記反応タンク（７１）の内部に設けられて重金属カドミウムを抽出するための遠心タンク
（７２）、前記遠心タンク（７２）の内壁に設けられた温度制御コンポーネント（７３）
、遠心タンク（７２）の内部に設けられた温度センサー、ｐＨ検出器、反応タンク（７１
）の一側に設けられたバイオサーファクタント投入コンポーネント（７６）、反応タンク
（７１）の他側に設けられたアルカリ性溶液投入コンポーネント（７７）、前記遠心タン
ク（７２）に給水するための給水装置（７４）、遠心タンク（７２）内からカドミウム含
有液体を抽出するための抽出装置（７５）を含み、
前記アルカリ性溶液投入コンポーネント（７７）は、アルカリ性溶液貯蔵タンク、前記ア
ルカリ性溶液貯蔵タンクに接続され遠心タンク（７２）と連通する第１のノズル、前記第
１のノズルとアルカリ性溶液貯蔵タンクの接続部に設けられた動力ユニットを含み、
前記給水装置（７４）は、貯水キャビティ、前記貯水キャビティに接続され遠心タンク（
７２）に給水するための第２のノズル、第２のノズルと前記貯水キャビティの接続部に設
けられたフローバルブおよび給水負圧ポンプを含み、
前記抽出装置（７５）は、カドミウム溶液貯蔵ボックス（７５１）、前記カドミウム溶液
貯蔵ボックス（７５１）に接続され前記遠心タンク（７２）の中央に位置する負圧溶液吸
引管（７５２）、カドミウム溶液貯蔵ボックス（７５１）と負圧溶液吸引管（７５２）の
接続部に設けられた溶液吸引負圧ポンプを含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出
・分離装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の土壌重金属カドミウムの抽出・分離装置を利用す
るカドミウムの抽出・分離方法であって、
Ｓ１、土壌予備処理
土壌ほぐしコンポーネント（２）により土壌を粉砕した後、給料装置（５）で土壌を第１
の輸送コンポーネント（４２）に輸送し、水分調整コンポーネント（４１）により、土壌
含水率が２０ｗｔ．％～２６ｗｔ．％、ｐＨが４～５になるように、第１の輸送コンポー
ネント（４２）に電解質溶液を噴霧するステップと、
Ｓ２、土壌動的連携修復処理
ステップＳ１で処理された土壌を材料収集溝（６１）に収集させ、第２の輸送コンポーネ
ント（６０）で電解修復ブラケット（６２）の下方に輸送し、伸縮ロッド（６３）により
、電極を第２の輸送コンポーネント（６０）上の土壌中に挿入させるように電極間の距離
を調整し、次に電源コンポーネントを利用し正極、負極に２．５～３Ａの電流を供給して
１０～１５分間電解処理を行い、その後制御機構（６６）により、修復処理された重金属
カドミウム含有の土壌を土壌貯蔵ボックス（６７）に収集させるように接続ロッド（６５
）を制御するステップと、
Ｓ３、重金属カドミウムの分離
土壌貯蔵ボックス（６７）内の重金属カドミウム含有の土壌を分離装置（７）に転移し、
給水装置（７４）を利用して遠心タンク（７２）に土壌との比率が３～１０ｍｌ：１ｇに
なるように水を加えて混合物を取得し、バイオサーファクタント投入コンポーネント（７
６）を使用して混合物に２～５ｍｇ／ｍｌのラムノリピドバイオサーファクタントを加え
た後、アルカリ性溶液投入コンポーネント（７７）によりｐＨを７～１０に調整してから
、３５～４０℃、３０００～５０００ｒ／分の条件下で１０～２０分間遠心処理を行った
後、３５℃、１０００ｒ／分の条件下で負圧溶液吸引管（７５２）により重金属カドミウ
ム含有の溶液を抽出し、カドミウムを土壌から分離させるステップと、
を含むことを特徴とするカドミウムの抽出・分離方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土壌重金属抽出の技術分野に関し、具体的には、稲および小麦の植栽土壌中の
重金属カドミウムの抽出・分離装置、および抽出・分離方法に関する。

【背景技術】

【0002】

都市化と工業化の発展に従い、土壌重金属汚染の問題は無視できない。現在、土壌中の重
金属を修復する方法には、主に物理的修復、化学的修復、生物学的修復などが含まれる。
カドミウムが植物に侵入してある程度蓄積すると、稲や小麦の成長発達、収量および品質
に悪影響を及ぼす。

【0003】

従来のカドミウム汚染土壌修復方法には、主に土壌取り除く、土壌追加および土壌深層耕
作などの物理的方法が含まれ、つまり、表層の土壌を取り除き、汚染土壌に、表層を覆う
かまたは均一に混合するように大量の未汚染土壌を加えて、汚染物の濃度を臨界危険濃度
以下に低下させるか、または汚染物と根の接触を減らし、表層土壌を取り除くと、稲のカ
ドミウム含有量を５０％低下することができ、このような物理的対策は根本的な土壌改良
対策ではなく、この方法は高コストで、人的資源や材料資源を消費し、処理された汚染土
壌が再び汚染を引き起こしやすく、かつ土壌の肥沃度が低下する。

【0004】

したがって、稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムを抽出することができ、容易
に実施でき、低コスト・高効率で、大規模の応用に便利である処理装置および方法が求め
られる。

【発明の概要】

【0005】

本発明は、上記の背景技術における問題を解決するための稲および小麦の植栽土壌中の重
金属カドミウムの抽出・分離装置を提供し、それは、植栽土壌から重金属カドミウムを予
備抽出するための抽出装置と、重金属カドミウムを二次抽出・分離するための分離装置を
含み、
前記抽出装置は、農業用車両に接続され得る可動フレーム、前記可動フレームに取り付け
られた土壌収集装置を含み、
前記土壌収集装置は、土壌予備処理コンポーネント、可動フレームに配置されて土壌予備
処理コンポーネントの給料端に土壌を供給するための給料装置、可動フレームに取り付け
られて土壌予備処理コンポーネントの排出端で土壌を収集するための電解土壌採集装置を
含み、
前記電解土壌採集装置は、土壌予備処理コンポーネントの排出端に接続された材料収集溝
、材料収集溝の下端に配置された第２の輸送コンポーネント、第２の輸送コンポーネント
上の土壌を電解処理するための電解転移コンポーネント、電解転移コンポーネントによっ
て処理された土壌を転移するための転移コンポーネントを含み、
前記電解転移コンポーネントは、第２の輸送コンポーネントの真上に配置された調整ブラ
ケット、前記調整ブラケットに取り付けられた電極、および前記電極に電気的に接続され
た電源コンポーネントを含み、前記調整ブラケットは、電解修復ブラケット、電解修復ブ
ラケットに取り付けられて電極間隔を調整するための伸縮ロッドを含み、前記電極は、伸
縮ロッドの左側に取り付けられた正極、伸縮ロッドの右側に取り付けられた負極を含む。
本発明の一側面によれば、前記転移コンポーネントは、電解修復ブラケットの右側に取り
付けられた取付ホルダ、前記取付ホルダに配列された複数組の接続ロッド、取付ホルダに
設けられて接続ロッドを制御して第２の輸送コンポーネント上の土壌を採集するための制
御機構、重金属土壌を収集するための土壌貯蔵ボックスを含み、
前記接続ロッドは、接続ロッド本体、接続ロッド本体の前端に設けられた土壌掻き板を含
み、前記接続ロッド本体の上端面にラックが設けられ、ラックの下方にラックに平行する
シュートが設けられ、
前記制御機構は、伸縮端がシュートに接続された伸縮モータ、前記伸縮モータとシュート
の接続部に設けられた摺動ラグ、取付ホルダに設けられてラックに接続された動力ギア、
前記動力ギアの両側に設けられたクランプバッフル、取付ホルダに設けられ接続ロッド本
体の下方に位置する従動支持軸を含む。
ラックとギアの連携、摺動ラグとシュートの連携、および伸縮モータによって、接続ロッ
ド本体を制御でき、第２の輸送コンポーネント上の重金属土壌を土壌貯蔵ボックスに迅速
かつ正確に転移することができる。

【0006】

本発明の一側面によれば、前記土壌予備処理コンポーネントは、給料装置と電解土壌採集
装置を接続するための第１の輸送コンポーネント、前記第１の輸送コンポーネントに設け
られて土壌ｐＨおよび土壌湿度を調整するための水分調整コンポーネントを含み、
前記水分調整コンポーネントは、第１の輸送コンポーネント中の土壌に酸性溶液を噴霧す
るための第１の噴霧器、第１の輸送コンポーネント中の土壌にアルカリ性溶液を噴霧する
ための第２の噴霧器、土壌ｐＨを検出するためのｐＨ検出器、土壌湿度を検出するための
湿度検出器を含み、
前記給料装置は、給料ドラム、前記給料ドラムに取り付けられて土壌輸送ベルトに給料す
るための給料シャベル、給料ドラムに動力を提供するための給料動力コンポーネントを含
む。
第１の噴霧器、第２の噴霧器の設置により、酸やアルカリなどの電解質溶液を噴霧するこ
とで土壌のｐＨを調整および制御する一方、土壌の含水量を調整でき、電解転移コンポー
ネントの通電後の重金属カドミウムの移動速度を効果的に改善し、給料ドラムによる給料
シャベルの回転により、土壌をクライミング輸送ベルトに転がすことができ、この土壌輸
送構造は簡単で、故障率が低く、生産やメンテナンスに便利である。

【0007】

本発明の一側面によれば、抽出装置は、前記可動フレームに設けられ土壌収集装置の前端
に位置する土壌ほぐしコンポーネントをさらに含み、
前記土壌ほぐしコンポーネントは、可動フレームに取り付けられた土壌ほぐしローラ、前
記土壌ほぐしローラに固定的に取り付けられた土壌ほぐしコールター、前記可動フレーム
に設けられて土壌ほぐしローラに動力を提供するための土壌ほぐし動力コンポーネントを
含み、前記土壌ほぐし動力コンポーネントは電気ロールシャフトを採用している。
土壌ほぐしコールターの設置により、土壌を粉砕し、土壌の塊状構造を小さくすることが
でき、給料装置への給料に便利である一方、土壌を土壌輸送ベルトの表面に均一かつ平坦
に保持する。

【0008】

本発明の一側面によれば、前記可動フレームは、土壌ほぐしコンポーネントおよび給料装
置を取り付けるための第１のフレーム、土壌予備処理コンポーネントおよび電解土壌採集
装置を取り付けるための第２のフレーム、第１のフレームに設けられて農業用車両に接続
された接続部品、第２のフレームに設けられた車輪を含み、
接続部品の設置により、可動フレームが農業用車両に接続され、可動フレームと農業用車
両の接続によって、抽出装置による稲および小麦の植栽土壌の処理効率を大幅に向上させ
、大規模の農地に適用され、操作しやすく、実用性が高い利点を有する。

【0009】

本発明の一側面によれば、前記分離装置は、土壌貯蔵ボックスに接続された反応タンク、
前記反応タンクの内部に設けられて重金属カドミウムを抽出するための遠心タンク、前記
遠心タンクの内壁に設けられた温度制御コンポーネント、遠心タンクの内部に設けられた
温度センサー、ｐＨ検出器、反応タンクの一側に設けられたバイオサーファクタント投入
コンポーネント、反応タンクの他側に設けられたアルカリ性溶液投入コンポーネント、前
記遠心タンクに給水するための給水装置、遠心タンク内からカドミウム含有液体を抽出す
るための抽出装置を含み、
前記アルカリ性溶液投入コンポーネントは、アルカリ性溶液貯蔵タンク、前記アルカリ性
溶液貯蔵タンクに接続されて遠心タンクと連通する第１のノズル、前記第１のノズルとア
ルカリ性溶液貯蔵タンクの接続部に設けられた動力ユニットを含み、
前記給水装置は、貯水キャビティ、前記貯水キャビティに接続されて遠心タンクに給水す
るための第２のノズル、第２のノズルと前記貯水キャビティの接続部に設けられたフロー
バルブおよび給水負圧ポンプを含み、
前記抽出装置は、カドミウム溶液貯蔵ボックス、前記カドミウム溶液貯蔵ボックスに接続
され前記遠心タンクの中央に位置する負圧溶液吸引管、カドミウム溶液貯蔵ボックスと負
圧溶液吸引管の接続部に設けられた溶液吸引負圧ポンプを含む。
給水装置は、指定された水と土壌の比率を保証し、反応の効率的な進行を確保し、より多
くの重金属カドミウムを抽出することができ、カドミウム溶液貯蔵ボックスは分離された
大量のカドミウム含有溶液を貯蔵し、遠心タンクの中央に設けられた負圧溶液吸引管は遠
心タンクの回転中、中央のカドミウム含有溶液を抽出することができ、便利で効率的であ
り、不純物が少く、動力ユニットはアルカリ性溶液貯蔵タンク内のアルカリ性溶液をノズ
ルから押し出し、ｐＨ検出器とともに反応タンク内のｐＨを調整でき、有効のｐＨ環境下
で重金属カドミウムを抽出し、高い抽出率を確保することができる。

【0010】

前記重金属カドミウムの抽出・分離装置を利用して重金属カドミウムを抽出・分離する方
法は、
Ｓ１、土壌予備処理
土壌ほぐしコンポーネントにより土壌を粉砕した後、給料装置で土壌を第１の輸送コンポ
ーネントに輸送し、水分調整コンポーネントにより、土壌含水率が２０ｗｔ．％～２６ｗ
ｔ．％、ｐＨが４～５になるように、第１の輸送コンポーネントに電解質溶液を噴霧する
ステップと、
Ｓ２、土壌動的連携修復処理
ステップＳ１で処理された土壌を材料収集溝に収集させ、第２の輸送コンポーネントで電
解修復ブラケットの下方に輸送し、伸縮ロッドにより、電極を第２の輸送コンポーネント
上の土壌中に挿入させるように電極間の距離を調整し、次に電源コンポーネントを利用し
正極、負極に２．５～３Ａの電流を供給して１０～１５分間電解処理を行い、その後制御
機構により、修復処理された重金属カドミウム含有の土壌を土壌貯蔵ボックスに収集させ
るように接続ロッドを制御するステップと、
Ｓ３、重金属カドミウムの分離
土壌貯蔵ボックス内の重金属カドミウム含有の土壌を分離装置に転移し、給水装置を利用
して遠心タンクに土壌との比率が３～１０ｍｌ：１ｇになるように水を加えて混合物を取
得し、バイオサーファクタント投入コンポーネントを使用して混合物に２～５ｍｇ／ｍｌ
のラムノリピドバイオサーファクタントを加えた後、アルカリ性溶液投入コンポーネント
によりｐＨを７～１０に調整してから、３５～４０℃、３０００～５０００ｒ／分の条件
下で１０～２０分間遠心処理を行った後、３５℃、１０００ｒ／分の条件下で負圧溶液吸
引管により重金属カドミウム含有の溶液を抽出し、カドミウムを土壌から分離させるステ
ップと、を含む。

【0011】

従来技術と比較すると、本発明は以下の有益な効果を有する。
重金属カドミウムを抽出せずに土地を耕す従来の処理方法と比較すると、本発明によって
提供される抽出装置は、植栽土壌の重金属カドミウムを予備抽出でき、機械度が高く、処
理効率が高く、大規模の農地や稲田に適し、分離装置は重金属カドミウムをさらに抽出お
よび分離して、重金属カドミウムを土壌から根本的に分離することができる。
本発明によって提供される抽出装置は、電気修復の原理を利用し、土壌に直流を印可する
ことで土壌中の重金属イオン移動を実現し、次に土壌採集装置を使用してカドミウム含有
量の多い土壌を収集し、分離装置でこの部分の土壌中の重金属カドミウムを抽出する。
本発明によって提供される抽出・分離方法は、抽出装置および分離装置を使用して、稲お
よび小麦の植栽土壌の汚染度を顕著に改善でき、この方法は、低コスト、省力、高処理効
率であり、能土壌から重金属カドミウムを根本的に抽出および分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明実施例１抽出装置、分離装置の構造示意図である。

【図2】本発明実施例１土壌輸送ベルト、電解土壌採集装置の構造示意図である。

【図3】本発明実施例１接続ロッドの構造示意図である。

【図4】本発明実施例１制御機構の構造示意図である。

【図5】本発明実施例１分離装置の構造示意図である。

【図6】本発明実施例２土壌ほぐしコンポーネントの構造示意図である。

【0013】

［符号の説明］
１ 可動フレーム
２ 土壌ほぐしコンポーネント
２１ 土壌ほぐしローラ
２２ 土壌ほぐしコールター
３ 土壌収集装置
４ 土壌予備処理コンポーネント
４１ 水分調整コンポーネント
４２ 第１の輸送コンポーネント
５ 給料装置
５１ 給料ドラム
５２ 給料シャベル
６ 電解土壌採集装置
６０ 第２の輸送コンポーネント
６１ 材料収集溝
６２ 電解修復ブラケット
６３ 伸縮ロッド
６４ 取付ホルダ
６５ 接続ロッド
６５１ ラック
６５２ シュート
６６ 制御機構
６６１ 伸縮モータ
６６２ 摺動ラグ
６６３ ギア
６６４ クランプバッフル
６６５ 従動支持軸
６７ 土壌貯蔵ボックス
７ 分離装置
７１ 反応タンク
７２ 遠心タンク
７３ 温度制御コンポーネント
７４ 給水装置
７５ 抽出装置
７５１ カドミウム溶液貯蔵ボックス
７５２ 負圧溶液吸引管
７６ バイオサーファクタント投入コンポーネント
７７ アルカリ性溶液投入コンポーネント

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施例１
図１に示す稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出・分離装置は、植栽土壌
から重金属カドミウムを予備抽出するための抽出装置と、重金属カドミウムを二次抽出・
分離するための分離装置７とを含み、
抽出装置は、農業用車両に接続され得る可動フレーム１、可動フレーム１に取り付けられ
た土壌収集装置３を含み、
図１に示すように、土壌収集装置３は、土壌予備処理コンポーネント４、可動フレーム１
に配置されて土壌予備処理コンポーネント４の給料端に土壌を供給するための給料装置５
、可動フレーム１に取り付けられて土壌予備処理コンポーネント４の排出端で土壌を収集
するための電解土壌採集装置６を含み、
図２に示すように、電解土壌採集装置６は、土壌予備処理コンポーネント４の排出端に接
続された材料収集溝６１、材料収集溝６１の下端に配置された第２の輸送コンポーネント
６０、第２の輸送コンポーネント６０上の土壌を電解処理するための電解転移コンポーネ
ント、電解転移コンポーネントによって処理された土壌を転移するための転移コンポーネ
ントを含み、
電解転移コンポーネントは、第２の輸送コンポーネント６０の真上に配置された調整ブラ
ケット、調整ブラケットに取り付けられた電極、および電極に電気的に接続された電源コ
ンポーネントを含み、調整ブラケットは、電解修復ブラケット６２、電解修復ブラケット
６２に取り付けられて電極間隔を調整するための伸縮ロッド６３を含み、電極は、伸縮ロ
ッド６３の左側に取り付けられた正極、伸縮ロッド６３の右側に取り付けられた負極を含
む。
図３に示すように、転移コンポーネントは、電解修復ブラケット６２の右側に取り付けら
れた取付ホルダ６４、取付ホルダ６４に配列された６組の接続ロッド６５、取付ホルダ６
４に設けられて接続ロッド６５を制御して第２の輸送コンポーネント６０上の土壌を採集
するための制御機構６６、重金属土壌を収集するための土壌貯蔵ボックス６７を含み、
図４に示すように、接続ロッド６５は、接続ロッド本体、接続ロッド本体の前端に設けら
れた土壌掻き板を含み、接続ロッド本体の上端面にラック６５１が設けられ、ラック６５
１の下方にラック６５１に平行するシュート６５２が設けられ、制御機構６６は、伸縮端
がシュート６５２に接続された伸縮モータ６６１、伸縮モータ６６１とシュート６５２の
接続部に設けられた摺動ラグ６６２、取付ホルダ６４に設けられてラック６５１に接続さ
れた動力ギア６６３、動力ギア６６３の両側に設けられたクランプバッフル６６４、取付
ホルダ６４に設けられ接続ロッド本体の下方に位置する従動支持軸６６５を含む。
土壌予備処理コンポーネント４は、給料装置５と電解土壌採集装置６を接続するための第
１の輸送コンポーネント４２、第１の輸送コンポーネント４２に設けられて土壌ｐＨおよ
び土壌湿度を調整するための水分調整コンポーネント４１を含み、
水分調整コンポーネント４１は、第１の輸送コンポーネント４２中の土壌に酸性溶液を噴
霧するための第１の噴霧器、第１の輸送コンポーネント４２中の土壌にアルカリ性溶液を
噴霧するための第２の噴霧器、土壌ｐＨを検出するためのｐＨ検出器、土壌湿度を検出す
るための湿度検出器を含み、
給料装置５は、給料ドラム５１、給料ドラム５１に取り付けられて土壌輸送ベルト４２に
給料するための給料シャベル５２、給料ドラム５１に動力を提供するための給料動力コン
ポーネントを含む。
図５に示すように、分離装置７は、土壌貯蔵ボックス６７に接続された反応タンク７１、
反応タンク７１の内部に設けられて重金属カドミウムを抽出するための遠心タンク７２、
遠心タンク７２の内壁に設けられた温度制御コンポーネント７３、遠心タンク７２の内部
に設けられた温度センサー、ｐＨ検出器、反応タンク７１の一側に設けられたバイオサー
ファクタント投入コンポーネント７６、反応タンク７１の他側に設けられたアルカリ性溶
液投入コンポーネント７７、遠心タンク７２に給水するための給水装置７４、遠心タンク
７２内からカドミウム含有液体を抽出するための抽出装置７５を含み、
アルカリ性溶液投入コンポーネント７７は、アルカリ性溶液貯蔵タンク、アルカリ性溶液
貯蔵タンクに接続されて遠心タンク７２と連通する第１のノズル、第１のノズルとアルカ
リ性溶液貯蔵タンクの接続部に設けられた動力ユニットを含み、
給水装置７４は、貯水キャビティ、貯水キャビティに接続されて遠心タンク７２に給水す
るための第２のノズル、第２のノズルと貯水キャビティの接続部に設けられたフローバル
ブおよび給水負圧ポンプを含み、
抽出装置７５は、カドミウム溶液貯蔵ボックス７５１、カドミウム溶液貯蔵ボックス７５
１に接続され遠心タンク７２の中央に位置する負圧溶液吸引管７５２、カドミウム溶液貯
蔵ボックス７５１と負圧溶液吸引管７５２の接続部に設けられた溶液吸引負圧ポンプを含
む。
その内に、溶液吸引負圧ポンプ、ｐＨ検出器、湿度検出器、給料動力コンポーネント、第
１の輸送コンポーネント４２、第２の輸送コンポーネント６０、伸縮モータ６６１は、既
存技術の市販品を採用し、当業者は、必要に応じて具体的な製品モデルを選択することが
できる。

【0015】

実施例２
実施例１とは以下の点で異なり、
図６に示すように、抽出装置は、可動フレーム１に設けられ土壌収集装置３の前端に位置
する土壌ほぐしコンポーネント２をさらに含み、
土壌ほぐしコンポーネント２は、可動フレーム１に取り付けられた土壌ほぐしローラ２１
、土壌ほぐしローラ２１に固定的に取り付けられた土壌ほぐしコールター２２、可動フレ
ーム１に設けられて土壌ほぐしローラ２１に動力を提供するための土壌ほぐし動力コンポ
ーネントを含み、その内に、土壌ほぐし動力コンポーネントは、市販されている電気ロー
ルシャフトを採用し、当業者は必要に応じて具体的な製品モデルを選択することができる
。

【0016】

実施例３
本実施例では、実施例１の抽出装置を応用して土壌から重金属カドミウムを抽出・分離す
る方法が記載され、この方法は、
Ｓ１、土壌予備処理
土壌ほぐしコンポーネント２により土壌を粉砕した後、給料装置５で土壌を第１の輸送コ
ンポーネント４２に輸送し、水分調整コンポーネント４１により、土壌含水率が２３ｗｔ
．％、ｐＨが４．５になるように、第１の輸送コンポーネント４２に電解質溶液を噴霧す
るステップと、
Ｓ２、土壌動的連携修復処理
ステップＳ１で処理された土壌を材料収集溝６１に収集させ、第２の輸送コンポーネント
６０で電解修復ブラケット６２の下方に輸送し、伸縮ロッド６３により、電極を第２の輸
送コンポーネント６０上の土壌中に挿入させるように電極間の距離を調整し、次に電源コ
ンポーネントを利用し正極、負極に２．７Ａの電流を供給して１２．５分間電解処理を行
い、その後制御機構６６により、修復処理された重金属カドミウム含有の土壌を土壌貯蔵
ボックス６７に収集させるように接続ロッド６５を制御するステップと、
Ｓ３、重金属カドミウムの分離
土壌貯蔵ボックス６７内の重金属カドミウム含有の土壌を分離装置７に転移し、重金属カ
ドミウムを抽出処理し、給水装置７４を利用して遠心タンク７２に土壌との比率が６ｍｌ
：１ｇになるように水を加えて混合物を取得し、バイオサーファクタント投入コンポーネ
ント７６を使用して混合物に３．５ｍｇ／ｍｌのラムノリピドバイオサーファクタントを
加えた後、
アルカリ性溶液投入コンポーネント７７によりｐＨを８に調整してから、３８℃、４００
０ｒ／分の条件下で１５分遠心処理を行った後、３５℃、１０００ｒ／分の条件下で負圧
溶液吸引管７５２により重金属カドミウム含有の溶液を抽出し、カドミウムを土壌から分
離させるステップと、を含む。

【0017】

実施例４
本実施例では、実施例２の抽出装置を応用して土壌から重金属カドミウムを抽出・分離す
る方法が記載され、実施例３とは以下点で異なり、
ステップＳ１の土壌予備処理では、まず土壌ほぐし動力コンポーネントは土壌ほぐしロー
ラ２１上の土壌ほぐしコールター２２を駆動して土壌を粉砕処理し、次に給料装置５は給
料ドラム５１によって回転し、駆動給料シャベル５２は土壌を第１の輸送コンポーネント
上４２に輸送する。

【0018】

実施例５
実施例３とは以下の点で異なり、
ステップＳ１では、水分調整コンポーネント４１は第１の噴霧器、第２の噴霧器により、
土壌の含水率が２０ｗｔ．％、ｐＨが４になるように、第１の輸送コンポーネント４２上
の土壌に電解質溶液を噴霧し、
ステップＳ２では、電源コンポーネントは正極、負極に２．５Ａの電流を供給し、１０分
間電解処理を行い、
ステップＳ３では、遠心タンク７２内の土壌と水の比率が３ｍｌ：１ｇであり、バイオサ
ーファクタント投入コンポーネント７６は混合物に、２ｍｇ／ｍｌのラムノリピドバイオ
サーファクタントを投入し、
その後アルカリ性溶液投入コンポーネントによりｐＨを７に調整し、３５℃、３０００ｒ
／分の条件下で１０分間遠心処理を行ってから、３５℃、１０００ｒ／分の条件下で負圧
溶液吸引管７５２を使用して重金属カドミウム含有の溶液を抽出し、カドミウムを土壌か
ら分離する。

【0019】

実施例６
実施例３とは以下の点で異なり、
ステップＳ１では、水分調整コンポーネント４１は第１の噴霧器、第２の噴霧器により、
土壌の含水率が２６ｗｔ．％、ｐＨが５になるように、第１の輸送コンポーネント４２上
の土壌に電解質溶液を噴霧し、
ステップＳ２では、電源コンポーネントは正極、負極に３Ａの電流を供給し、１５分間電
解処理を行い、
ステップＳ３では、遠心タンク７２内の土壌と水比率が１０ｍｌ：１ｇであり、バイオサ
ーファクタント投入コンポーネント７６は混合物に、５ｍｇ／ｍｌのラムノリピドバイオ
サーファクタントを投入し、
その後アルカリ性溶液投入コンポーネント７７によりｐＨを１０に調整し、４０℃、５０
００ｒ／分の条件下で２０分間遠心処理を行ってから、３５℃、１０００ｒ／分の条件下
で負圧溶液吸引管７５２を使用して重金属カドミウム含有の溶液を抽出し、カドミウムを
土壌から分離する。

【0020】

試験例
上記の実施例３～６の方法を使用して地表から２５ｃｍの重金属カドミウム汚染土壌を処
理し、従来技術を対照組とし、従来技術は出願番号ＣＮ２０２０２３１７８８５６．８で
開示された稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムを抽出するための装置という中
国発明特許であり、土壌中の重金属カドミウムの含有量が０．８２ｍｇ／ｋｇであり、各
実施例の作業効率と土壌中の重金属カドミウムの抽出率を記録し、以下の表１に示される
。
表１：実施例３～６の土壌処理の作業効率と重金属カドミウムの抽出率

【0021】

【0022】

（１）表１から分かるように、本発明によって提供される稲および小麦の植栽土壌中の重
金属カドミウムの抽出装置は、機械度が高く、処理効率が高く、大規模の農地や稲田に適
し、分離装置は重金属カドミウムをさらに抽出および分離でき、重金属カドミウムを土壌
から根本的に分離することができ、稲および小麦の植栽土壌の汚染度を顕著に改善でき、
この方法は、低コスト、省力、高処理効率であり、土壌から重金属カドミウムを根本的に
抽出することができる。
（２）実施例４と実施例３を比較して分かるように、土壌ほぐしローラ２１上の土壌ほぐ
しコールターは土壌を粉砕処理した後、土壌の粒子径が小さくなり、給料装置５、水分調
整コンポーネント４１の処理効率が向上し、ある程度装置全体の作業効率を向上させるこ
とができる。
（３）本発明の実施例４と対照組を比較して分かるように、本発明の装置の作業効率は従
来技術よりもはるかに高く、本発明の実施例４は電解土壌採集装置６により収集された土
壌に対して予備抽出を行い、実施例４中の分離装置７は同じ面積の作業土壌を処理すると
きの土壌処理量が大幅に減少し、装置全体の作業効率を効果的に向上させることができる
。
さらに、この装置は、大面積の重金属カドミウム汚染土壌の処理に適しているだけでなく
、他の種類の重金属汚染土壌の改善処理にも適している。
（４）実施例４と実施例５、６を比較して分かるように、処理条件が変更された場合、実
施例４の作業効率が２．８３ムー／時間であり、実施例５、実施例６の２．７３ムー／時
間よりも優れている。

【0023】

以上のように、実施例４は本発明で開示される最良の実施形態であり、その作業効率が２
．８３ムー／時間であり、カドミウムの抽出率が８８．６％であり、大規模の農地や稲田
の重金属抽出に適している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2022-02-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植栽土壌から重金属カドミウムを予備抽出するための抽出装置と、重金属カドミウムを
二次抽出・分離するための分離装置（７）とを含み、
前記抽出装置は、農業用車両に接続できる可動フレーム（１）、前記可動フレーム（１
）に取り付けられた土壌収集装置（３）を含み、
前記土壌収集装置（３）は、土壌予備処理コンポーネント（４）、可動フレーム（１）
に配置されて土壌予備処理コンポーネント（４）の給料端に土壌を供給するための給料装
置（５）、可動フレーム（１）に取り付けられて土壌予備処理コンポーネント（４）の排
出端で土壌を収集するための電解土壌採集装置（６）を含み、
前記電解土壌採集装置（６）は、土壌予備処理コンポーネント（４）の排出端に接続さ
れた材料収集溝（６１）、材料収集溝（６１）の下端に配置された第２の輸送コンポーネ
ント（６０）、第２の輸送コンポーネント（６０）上の土壌を電解処理するための電解転
移コンポーネント、電解転移コンポーネントによって処理された土壌を転移するための転
移コンポーネントを含み、
前記電解転移コンポーネントは、第２の輸送コンポーネント（６０）の真上に配置され
た調整ブラケット、前記調整ブラケットに取り付けられた電極、および前記電極に電気的
に接続された電源コンポーネントを含み、前記調整ブラケットは、電解修復ブラケット（
６２）、電解修復ブラケット（６２）に取り付けられ電極間隔を調整するための伸縮ロッ
ド（６３）を含み、前記電極は、伸縮ロッド（６３）の左側に取り付けられた正極、伸縮
ロッド（６３）の右側に取り付けられた負極を含み、
前記転移コンポーネントは、電解修復ブラケット（６２）の右側に取り付けられた取付
ホルダ（６４）、前記取付ホルダ（６４）に配列された複数組の接続ロッド（６５）、取
付ホルダ（６４）に設けられ接続ロッド（６５）を制御して第２の輸送コンポーネント（
６０）上の土壌を採集するための制御機構（６６）、重金属土壌を収集するための土壌貯
蔵ボックス（６７）を含み、
前記接続ロッド（６５）は、接続ロッド本体、接続ロッド本体の前端に設けられた土壌
掻き板を含み、前記接続ロッド本体の上端面にラック（６５１）が設けられ、ラック（６
５１）の下方にラック（６５１）に平行するシュート（６５２）が設けられ、
前記制御機構（６６）は、伸縮端がシュート（６５２）に接続された伸縮モータ（６６
１）、前記伸縮モータ（６６１）とシュート（６５２）の接続部に設けられた摺動ラグ（
６６２）、取付ホルダ（６４）に設けられてラック（６５１）に接続された動力ギア（６
６３）、前記動力ギア（６６３）の両側に設けられたクランプバッフル（６６４）、取付
ホルダ（６４）に設けられ接続ロッド本体の下方に位置する従動支持軸（６６５）を含む
、
ことを特徴とする稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出・分離装置。

【請求項2】

前記土壌予備処理コンポーネント（４）は、給料装置（５）と電解土壌採集装置（６）と
を接続するための第１の輸送コンポーネント（４２）、前記第１の輸送コンポーネント（
４２）に設けられ土壌ｐＨおよび土壌湿度を調整するための水分調整コンポーネント（４
１）を含み、
前記水分調整コンポーネント（４１）は、第１の輸送コンポーネント（４２）中の土壌に
酸性溶液を噴霧するための第１の噴霧器、第１の輸送コンポーネント（４２）中の土壌に
アルカリ性溶液を噴霧するための第２の噴霧器、土壌ｐＨを検出するためのｐＨ検出器、
土壌湿度を検出するための湿度検出器を含み、
前記給料装置（５）は、給料ドラム（５１）、前記給料ドラム（５１）に取り付けられ土
壌輸送ベルト（４２）に給料するための給料シャベル（５２）、給料ドラム（５１）に動
力を提供するための給料動力コンポーネントを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出
・分離装置。

【請求項3】

抽出装置は、前記可動フレーム（１）に設けられ土壌収集装置（３）の前端に位置する土
壌ほぐしコンポーネント（２）をさらに含み、
前記土壌ほぐしコンポーネント（２）は、可動フレーム（１）に取り付けられた土壌ほぐ
しローラ（２１）、前記土壌ほぐしローラ（２１）に固定的に取り付けられた土壌ほぐし
コールター（２２）、前記可動フレーム（１）に設けられて土壌ほぐしローラ（２１）に
動力を提供するための土壌ほぐし動力コンポーネントを含み、前記土壌ほぐし動力コンポ
ーネントは電気ロールシャフトを採用する、
ことを特徴とする請求項１に記載の稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出
・分離装置。

【請求項4】

前記分離装置（７）は、土壌貯蔵ボックス（６７）に接続された反応タンク（７１）、前
記反応タンク（７１）の内部に設けられて重金属カドミウムを抽出するための遠心タンク
（７２）、前記遠心タンク（７２）の内壁に設けられた温度制御コンポーネント（７３）
、遠心タンク（７２）の内部に設けられた温度センサー、ｐＨ検出器、反応タンク（７１
）の一側に設けられたバイオサーファクタント投入コンポーネント（７６）、反応タンク
（７１）の他側に設けられたアルカリ性溶液投入コンポーネント（７７）、前記遠心タン
ク（７２）に給水するための給水装置（７４）、遠心タンク（７２）内からカドミウム含
有液体を抽出するための抽出装置（７５）を含み、
前記アルカリ性溶液投入コンポーネント（７７）は、アルカリ性溶液貯蔵タンク、前記ア
ルカリ性溶液貯蔵タンクに接続され遠心タンク（７２）と連通する第１のノズル、前記第
１のノズルとアルカリ性溶液貯蔵タンクの接続部に設けられた動力ユニットを含み、
前記給水装置（７４）は、貯水キャビティ、前記貯水キャビティに接続され遠心タンク（
７２）に給水するための第２のノズル、第２のノズルと前記貯水キャビティの接続部に設
けられたフローバルブおよび給水負圧ポンプを含み、
前記抽出装置（７５）は、カドミウム溶液貯蔵ボックス（７５１）、前記カドミウム溶液
貯蔵ボックス（７５１）に接続され前記遠心タンク（７２）の中央に位置する負圧溶液吸
引管（７５２）、カドミウム溶液貯蔵ボックス（７５１）と負圧溶液吸引管（７５２）の
接続部に設けられた溶液吸引負圧ポンプを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の稲および小麦の植栽土壌中の重金属カドミウムの抽出
・分離装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の土壌重金属カドミウムの抽出・分離装置を利用す
るカドミウムの抽出・分離方法であって、
Ｓ１、土壌予備処理
土壌ほぐしコンポーネント（２）により土壌を粉砕した後、給料装置（５）で土壌を第１
の輸送コンポーネント（４２）に輸送し、水分調整コンポーネント（４１）により、土壌
含水率が２０ｗｔ．％～２６ｗｔ．％、ｐＨが４～５になるように、第１の輸送コンポー
ネント（４２）に電解質溶液を噴霧するステップと、
Ｓ２、土壌動的連携修復処理
ステップＳ１で処理された土壌を材料収集溝（６１）に収集させ、第２の輸送コンポーネ
ント（６０）で電解修復ブラケット（６２）の下方に輸送し、伸縮ロッド（６３）により
、電極を第２の輸送コンポーネント（６０）上の土壌中に挿入させるように電極間の距離
を調整し、次に電源コンポーネントを利用し正極、負極に２．５～３Ａの電流を供給して
１０～１５分間電解処理を行い、その後制御機構（６６）により、修復処理された重金属
カドミウム含有の土壌を土壌貯蔵ボックス（６７）に収集させるように接続ロッド（６５
）を制御するステップと、
Ｓ３、重金属カドミウムの分離
土壌貯蔵ボックス（６７）内の重金属カドミウム含有の土壌を分離装置（７）に転移し、
給水装置（７４）を利用して遠心タンク（７２）に土壌との比率が３～１０ｍｌ：１ｇに
なるように水を加えて混合物を取得し、バイオサーファクタント投入コンポーネント（７
６）を使用して混合物に２～５ｍｇ／ｍｌのラムノリピドバイオサーファクタントを加え
た後、アルカリ性溶液投入コンポーネント（７７）によりｐＨを７～１０に調整してから
、３５～４０℃、３０００～５０００ｒ／分の条件下で１０～２０分間遠心処理を行った
後、３５℃、１０００ｒ／分の条件下で負圧溶液吸引管（７５２）により重金属カドミウ
ム含有の溶液を抽出し、カドミウムを土壌から分離させるステップと、
を含むことを特徴とするカドミウムの抽出・分離方法。