CN110650924A - 使用高微生物负荷的耐用生物载体高效处理餐厨垃圾及其废水 - Google Patents

使用高微生物负荷的耐用生物载体高效处理餐厨垃圾及其废水 Download PDF

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Abstract

一种生物载体(1)，所述生物载体包括：包含聚合物材料的壳体(2)；以及一个或多个包含用于附着微生物的多孔材料的芯(3)，其中壳体至少部分地封闭所述一个或多个芯，从而使得所述一个或多个芯可从外部环境接近，其中所述一个或多个芯中的至少一个限定第一轴(31)和沿第一轴的相对表面(32)，使得所述相对表面暴露于外部环境。用于废物处理的具有高微生物负荷和耐用性的生物载体、包括所述生物载体的废物处理系统及其使用方法。

Description

使用高微生物负荷的耐用生物载体高效处理餐厨垃圾及其 废水
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年5月15日提交的美国临时申请第62/602,992号的优先权权益，该申请的内容通过引用的方式整体并入本文。
技术领域
本公开涉及一种耐用生物载体，其可用于处理废水(包括有机物、固体餐厨垃圾及其废水)。本文所述的生物载体适用于餐厨垃圾处理系统，例如餐厨废水处理设施和生活垃圾处置系统(存在或不存在机械混合)以及餐厨垃圾堆肥器。
背景技术
餐厨垃圾是严峻的全球性环境问题。例如，2016年香港人口刚刚超过730万，每天却有超过3600吨餐厨垃圾被填埋处置。预计随着人口的增长，这一数字还会进一步提高。考虑到对合适的处置系统不断增长的需求以及为废物处置留出的有限土地，预期餐厨垃圾处理工作会激增。作为这一尝试的一部分，一些现场餐厨垃圾分解器正被推广给消费部门、商业部门和工业部门，这些分解器能够分解有机含量和体积相当大的餐厨垃圾，实现餐厨垃圾更安全且更经济地处置。
餐厨垃圾处理系统可通过餐厨垃圾中有机物质的微生物分解反应来将餐厨垃圾加速分解为惰性物质。然而，这些系统的性能却受到处理系统的有限微生物负荷能力的限制。在这些系统中，微生物通常在大量生物载体上生长，这些载体往往由表面积较大的塑料颗粒制成。已经开发出了多种生物载体并将其用于工业废物处理系统，例如AnoxKaldnesK1、K3、K5、BiofilmChip M和Z-MBBR。然而，由于传统生物载体的微生物负荷能力较低，典型餐厨垃圾处理系统的近一半体积都被生物载体所占据。对于采用传统塑料颗粒作为生物载体的餐厨垃圾系统，这使得运营成本更高，占地面积也更大。
已经使用高孔隙度材料(如硅酸盐)开发出了高微生物负荷能力的生物载体。然而，由于传统餐厨垃圾处理系统中生物载体之间的大量碰撞，这些高孔隙度生物载体会出现大量磨损，因而必须更经常地对其进行更换。而这会使餐厨垃圾处理系统的停机时间延长、成本升高。
为了增强餐厨垃圾处理性能并降低运行成本，必须提高餐厨垃圾处理系统内部的微生物负荷能力、改善生物载体的耐用性。因此，需要具有高微生物容量和耐用性的改进的生物载体。
现有的餐厨垃圾处理方法通常产生作为副产物的多余废水渗滤液，这种液体也大量地富集有有机物。在许多国家/地区，废水的化学需氧量(COD)会超过排放标准。直接将这些排放物排入到内陆水域或开放水域中会造成二次水污染的问题，例如富营养化和淡水污染。
上流式厌氧污泥床(UASB)反应器是用于处理高浓度有机废水的完善的经济系统。自1970年代以来，全世界已经有超过1000个全尺寸工业厌氧UASB反应器投入废水应用中，主要用于啤酒工业、饮料工业、食品工业、纸浆业和造纸工业。UASB系统利用厌氧微生物消化将废物转化为可用作能源的生物气(甲烷)。
运行UASB反应器的最大挑战之一是维持反应器内的高微生物浓度。为了实现高微生物负荷，通常需要将微生物制粒。然而，微生物制粒受到系统pH值和废水性质等若干因素的影响，而且在一定条件下，颗粒会分裂并从系统中排出。生物载体的使用有助于维持微生物的密度和保留时间。因此，需要开发出具有改良生物载体。
发明内容
本公开的目的是提供一种具有增强的微生物容量和耐用性的生物载体，所述生物载体用于处理废水中的有机物，例如餐厨垃圾和在废物处理系统(如UASB)中由餐厨垃圾处理所产生的废水。
在第一方面，本文提供了一种生物载体，所述生物载体包括：包含聚合物材料的壳体；以及一个或多个包含用于附着微生物的多孔材料的芯，其中所述壳体至少部分地封闭所述一个或多个芯，从而使得所述一个或多个芯可从外部环境接近，其中所述一个或多个芯中的至少一个限定第一轴和沿第一轴的相对表面，使得所述相对表面暴露于外部环境。
在第一方面的第一实施方案中，本文提供的是第一方面的生物载体，其中所述一个或多个芯中的至少一个是连续多孔材料或具有沿第一轴的通孔。
在第一方面的第二实施方案中，本文提供的是第一方面的生物载体，其中所述芯是沿着第一轴纵向配置的圆柱体，其具有暴露于外部环境的相对端面，以及侧面。
在第一方面的第三实施方案中，本文提供的是第一方面的第二实施方案的生物载体，其中所述芯通过芯的侧面与壳体接合。
在第一方面的第四实施方案中，本文提供的是第一方面的生物载体，其中壳体具有沿着其周边的多个突起和用于接收所述一个或多个芯的一个或多个通孔。
在第一方面的第五实施方案中，本文提供的是第一方面的生物载体，其中壳体呈齿轮形，具有从壳体的外表面延伸的多个齿，并且壳体在壳体的中心处具有用于接收芯的圆柱形通孔，其中芯为圆柱形。
在第一方面的第六实施方案中，本文提供的是第一方面的第五实施方案的生物载体，其中壳体包括四个或更多个齿。
在第一方面的第七实施方案中，本文提供的是第一方面的第六实施方案的生物载体，其中齿轮形壳体的每个齿从壳体的外表面延伸3至4mm。
在第一方面的第八实施方案中，本文提供的是第一方面的第五实施方案的生物载体，其中齿轮形壳体的每个齿具有3至4mm的齿座宽度和1至2mm的齿面宽度。
在第一方面的第九实施方案中，本文提供的是第一方面的第八实施方案的生物载体，其中当在齿的基座处测量时，每个齿间隔1至2mm的距离。
在第一方面的第十实施方案中，本文提供的是第一方面的生物载体，其中聚合物材料是聚四氟乙烯(PTFE)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙或其组合。
在第一方面的第十一实施方案中，本文提供的是第一方面的生物载体，其中多孔材料包括陶瓷、二氧化硅、烧结玻璃、沸石、硅藻土、活性炭、骨炭、水泥或其组合。
在第一方面的第十二实施方案中，本文提供的是第一方面的生物载体，其中聚合物材料为尼龙6,6；多孔材料包括硅酸铝或烧结玻璃；尼龙6,6与硅酸铝或烧结玻璃以约1:4至约1:5的体积比存在；壳体的外表面为齿轮形，具有从壳体的表面延伸3至4mm的至少六个齿，其中齿轮形壳体的每个齿具有3至4mm的齿座宽度和1至2mm的齿面宽度，并且当在齿的基座处测量时，每个齿间隔1至2mm的距离；壳体具有沿着壳体的中心的圆柱形通孔，用于接收芯，其中芯为圆柱形；并且生物载体的直径为16至20mm，高度为7至9mm。
在第二方面，本文提供的是一种废物处理系统，其包括第一方面的生物载体和废物处理容器。
在第二方面的第一实施方案中，本文提供的是第二方面的废物处理系统，其中所述废物处理系统是餐厨垃圾堆肥器、餐厨垃圾分解器、餐厨垃圾处置器或上流式厌氧污泥床反应器(UASB)。
在第二方面的第二实施方案中，本文提供的是第二方面的废物处理系统，其中生物载体还包括生物膜，所述生物膜包含选自由以下各项组成的组的一种或多种微生物：放线菌、乳酸菌、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)、红螺菌属(Rhodospirillum)、新硫杆菌(Thiobacillus novellus)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、黄杆菌属(Flavobacterium)、微球菌属(Micrococcus)、硝化杆菌属(Nitrobacter)、亚硝化毛杆菌属(Nitosomons)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)和酵母。
在第二方面的第三实施方案中，本文提供的是第二方面的第二实施方案的废物处理系统，其中所述废物处理系统在20℃至80℃的温度运行。
在第二方面的第四实施方案中，本文提供的是第二方面的第一实施方案的废物处理系统，其中所述废物处理系统为UASB，其中UASB在20℃至40℃的温度和4至8的pH下运行。
在第三方面，本文提供的是一种降低废水中化学需氧量(COD)和固体含量的方法，所述方法包括使第一方面的生物载体与废水接触从而降低废水中的COD和固体含量的步骤，其中所述生物载体还包括细菌生物膜。
在第三方面的第一实施方案中，本文提供的是第三方面的方法，其中聚合物材料为尼龙6,6；多孔材料包括硅酸铝或烧结玻璃；尼龙6,6与硅酸铝或烧结玻璃以约1:4至约1:5的体积比存在；壳体的外表面为齿轮形，具有从壳体表面延伸3至4mm的至少六个齿，其中齿轮形壳体的每个齿具有3至4mm的齿座宽度和1至2mm的齿面宽度，并且当在齿的基座处测量时，每个齿间隔1至2mm的距离；壳体具有沿着壳体的中心的圆柱形通孔，用于接收芯，其中芯为圆柱形；并且生物载体的直径为16至20mm，高度为7至9mm。
在第四方面，本文提供的是制备第一方面的生物载体的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供一个或多个包含用于附着微生物的多孔材料的芯；以及
b)由包含聚合物材料的壳体部分地封闭所述一个或多个多孔芯，从而使得所述一个或多个芯可从外部环境接近，
其中所述一个或多个芯中的至少一个限定第一轴和沿第一轴的相对表面，使得相对表面暴露于外部环境。
在第四方面的第一实施方案中，本文提供的是第四方面的方法，其中部分地封闭所述一个或多个多孔芯的步骤包括将所述一个或多个芯注塑成型或直接插入到聚合物材料中。
附图说明
通过下面对本公开的描述，结合附图，本公开的上述目的和特征以及其它目的和特征将变得显而易见，在所述附图中：
图1描绘了本公开的示例性生物载体，所述生物载体具有聚合物壳体和由用于附着微生物的多孔材料制成的芯。
图2描绘了本公开的示例性壳体，所述壳体具有从壳体的外表面开始的多个齿；以及沿着壳体的中心的通孔，用于接收多孔芯。
图3描绘了本公开的由多孔材料制成的示例性实心圆柱芯，其具有沿第一轴并暴露于外部环境的相对表面；以及与壳体接合的侧面。
图4描绘了本公开的由多孔材料制成的示例性圆柱芯，其具有沿第一轴并暴露于外部环境的相对表面；与聚合物壳体接合的侧面；以及沿第一轴的通孔。
图5描绘了示例性聚合物壳体的表面的横截面，所述壳体具有从聚合物壳体的表面延伸的多个齿，其中每个齿从壳体的外表面延伸距离H；每个齿的齿座宽度为W1和齿面宽度为W2；并且当在齿的基座处测量时，每个齿间隔距离D。
图6(a)描绘了示例性聚合物壳体，所述壳体具有以直齿圆柱齿轮结构从聚合物壳体的表面延伸的多个齿。
图6(b)描绘了示例性聚合物壳体，所述壳体具有以双螺旋/人字齿轮结构从聚合物壳体的表面延伸的多个齿。
图6(c)描绘了示例性聚合物壳体，所述壳体具有以斜齿轮结构从聚合物壳体的表面延伸的多个齿。
图6(d)描绘了示例性聚合物壳体，所述壳体具有以滚花方式从聚合物壳体的表面延伸的多个齿。
图7描绘了示例性聚合物壳体和沿壳体的中心的、用于接收多孔芯的通孔。
图8描绘了示例性聚合物壳体，其中壳体具有沿着其周边的多个突起和沿着壳体的中心的、用于接收多孔芯的通孔。
图9描绘的图显示在存在本文所述的具有0齿、6齿、8齿或10齿的生物载体的情况下，随时间推移在废物处理系统中剩余的残余质量的百分比。
图10描绘了柱状图，其示出在由不同材料制成的生物载体上，每单位面积的结晶紫染色生物膜在590nm处的吸光度。
图11描绘的图显示，与由聚丙烯制成的商售生物载体相比，由尼龙制成的生物载体的累计减重。
图12A描绘了放大100倍的扫描电子显微镜照片。比例尺(feature bar)为100μm。
图12B描绘了放大370倍的扫描电子显微镜照片。比例尺为50μm。
图13描绘的图显示废物处理系统的流出物随时间推移的化学需氧量(COD)(ppm)，所述废物处理系统含有：聚丙烯齿轮形载体；本文所述的不具有多孔芯的聚合尼龙壳体；以及本文所述的含有聚合物壳体和多孔芯的生物载体。
图14描绘的图显示含有不同体积百分比的本文所述生物载体的废物处理系统的流出物的COD。
图15描绘的图显示废物处理系统中不同体积比的商售聚丙烯生物载体和本文所述生物载体对流出物的平均COD的影响。
图16描绘的图显示包括本文所述的细菌混合菌群或污泥的UASB系统的残余质量百分比降低。
图17描绘了示例性UASB系统，所述系统包括沿UASB的纵轴定向的本文所述的多个生物载体。
具体实施方式
除了高细菌负荷之外，在机械混合下用于餐厨垃圾处理系统的生物载体的耐用性也很重要。传统多孔生物载体材料(如硅酸盐)的一个主要缺点是它们的脆性。为了克服这一局限性，本文所述生物载体包括外部壳体，所述壳体包含保护多孔生物载体材料的聚合物材料。
如图1所示，本公开的生物载体1包括聚合物壳体2和一个或多个至少部分封闭在聚合物壳体2内的多孔芯3。在某些实施方案中，一个或多个多孔芯3完全封闭在聚合物壳体2内，使得聚合物壳体2实质上保护该一个或多个多孔芯3。本文所用的术语“封闭的(enclosed)”和“封闭(enclosure)”不是指一个或多个多孔芯3通过聚合物壳体2而与外部环境隔离。相反，如通过下面的描述所显而易见的，聚合物壳体2允许对一个或多个多孔芯3的接近，因此该一个或多个多孔芯3的至少一些表面暴露于外部环境。然而，一个或多个多孔芯3被聚合物壳体2封闭的意义是指：聚合物壳体2大体上限定了生物载体的轮廓，使得当载体材料与餐厨垃圾混合时，垃圾的颗粒或其它固体组分不太可能影响一个或多个多孔芯(3)，不会导致其机械损伤。
壳体2可以包含本领域技术人员已知的、表现出必需的耐用性和多孔性的任何聚合物材料。合适的聚合物包括但不限于：聚四氟乙烯(PTFE)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙或其组合。
在聚合物材料包含尼龙的情况下，该尼龙可以是尼龙6、尼龙6,6、尼龙4,6、尼龙11、尼龙12、尼龙6,9、尼龙6,10和聚酰胺混合物或其共聚物。
聚合物材料可以包括平均分子量为1至45,000kDa的聚合物。在某些实施方案中，聚合物的平均分子量为1至40,000kDa；1至35,000kDa；1至30,000kDa；1至25,000kDa；1至20,000kDa；1至15,000kDa；10至10,000kDa；10至9,000kDa；10至8,000kDa；10至7,000kDa；10至6,000kDa；10至5,000kDa；10至4,000kDa；10至3,000kDa；10至2,000kDa；10至1,000kDa；10至900kDa；10至800kDa；10至900kDa；10至700kDa；10至600kDa；10至500kDa；10至400kDa；10至300kDa；10至200kDa；10至100kDa；10至80kDa；10至60kDa；或10至40kDa。
在某些实施方案中，聚合物材料是平均分子量为52至45,000kDa的PTFE、平均分子量为4至6,000kDa的PP、平均分子量为15至340kDa的PMMA、平均分子量为4至35kDa的PE、平均分子量为43至233kDa的PVC、平均分子量为10至30kDa的尼龙或其组合。
生物载体可以包括任意数量的芯。例如，生物载体可以包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或更多个芯。在某些实施方案中，生物载体包括1至15、1至10、1至5、1至4、1至3或1至2个芯。在某些实施方案中，生物载体具有一个芯。
包含多孔材料的一个或多个芯可以是高表面积的材料，其为微生物(如细菌)提供大量生态位，由此具有高细菌负荷。多孔材料可以包括陶瓷、二氧化硅、烧结玻璃、沸石、硅藻土、活性炭、骨炭、水泥或其组合。在某些实施方案中，多孔材料是选自由以下各项组成的组的至少一种材料：硅藻土、烧结玻璃、硅酸铝(例如高岭石)和硅酸钙(例如硅灰石)。
在某些实施方案中，多孔材料是选自由以下各项组成的组的至少一种二氧化硅：岛硅酸盐、俦硅酸盐、环硅酸盐、链硅酸盐、页硅酸盐、网状硅酸盐。在某些实施方案中，基于二氧化硅的材料包含选自由以下各项组成的组的至少一种阳离子：钠、锂、镁、钙、铝、铁、锆和锰。
在某些实施方案中，二氧化硅包括硅酸铝。在某些实施方案中，硅酸铝为Al2SiO5(Al2O3·SiO2)，例如，红柱石、蓝晶石和硅线石；Al2Si2O5(OH)4(Al2O3·2SiO2·2H2O)，例如，高岭石；Al2Si2O7(Al2O3·2SiO2)，例如，偏高岭石；或其组合。
在某些实施方案中，多孔材料包括含有Al2O3和SiO2的二氧化硅，所述Al2O3和SiO2的质量比为约1:1.5至约1:2.5、约1:1.75至约1:2.25或约1:1.9至约1:2.1。在某些实施方案中，二氧化硅材料包括含有约1:2的质量比的Al2O3和SiO2的硅酸铝。
在某些实施方案中，多孔材料包含二氧化硅，该二氧化硅选自高岭石活化二氧化硅和硅酸钙硅灰石、或硅藻土、及其组合。
在某些实施方案中，多孔材料为烧结玻璃。
多孔材料的表面积可以为约1,000至约3,000m2/L。在某些实施方案中，多孔材料的表面积为约1,000至约2,000m2/L、约1,000至约2,000m2/L、约1,500至约2,000m2/L或约1,500至约1,800m2/L。
在多孔材料包含硅酸钙硅灰石的情况下，该多孔材料的表面积可以为约100至约950m2/L。在某些实施方案中，硅酸钙硅灰石的表面积为约130m2/L、约400m2/L、约520m2/L或约920m2/L。
在多孔材料包含高岭石活化二氧化硅的情况下，该多孔材料的表面积可以为约100至约900m2/L。在某些实施方案中，高岭石活化二氧化硅的表面积为约600m2/L、约1,430m2/L或约1,620m2/L。
在多孔材料为烧结玻璃的情况下，烧结玻璃的表面积可以为约200至约300m2/L。在某些实施方案中，烧结玻璃的表面积为约250至约300m2/L、250至约290m2/L、250至约280m2/L或260至约280m2/L。在某些实施方案中，烧结玻璃的表面积为约270m2/L。
多孔材料提供了大量的孔，这些孔充当用于微生物定植和生长的微生态位。因此，多孔材料中至少一部分孔可以大到足以容纳一种或多种不同类型的微生物，例如细菌或真菌。在某些实施方案中，多孔材料包含的孔的平均直径为约0.1至约100μm、约0.1至约90μm、约0.1至约80μm、约0.1至约70μm、约0.1至约60μm、约0.1至约50μm、约0.1至约40μm、约0.1至约30μm、约0.1至约20μm、约0.1至约10μm、约1至约10μm及其组合。
在多孔材料包含硅酸钙硅灰石的情况下，平均孔径为约0.1μm至约10μm。
在多孔材料包含高岭石活化二氧化硅的情况下，平均孔径为约0.05μm至约8μm。
在多孔材料包含烧结玻璃的情况下，平均孔径为0.1μm至约300μm或约30μm至约300μm。
聚合物壳体2的最佳形状和尺寸部分地基于将在其中使用生物载体1的废物处理系统的预期用途和类型(包括，例如废物处理机舱室的体积、混合类型、具体应用所需的生物载体数量等)。对聚合物壳体2的最佳形状和尺寸进行选择完全落在本领域普通技术人员在考虑本文所提供的教导和数据之后的技能范围内。
为了简单起见，通常将聚合物壳体2描述为如图7和图2所示的圆柱体，该圆柱体具有或不具有从其圆周表面22延伸的突起和/或齿21；但是，聚合物壳体2可以是任何形状，包括但不限于立方体、长方体、球体、椭圆体、圆柱体、锥体、三棱柱、六棱柱、三角锥、四角锥、六角锥、四面体和多面体(如八面体、十二面体和二十面体)。聚合物壳体2还可以是不规则形状。
在以下实例中，聚合物壳体2为圆柱形。聚合物壳体2的最大直径尺寸(包括聚合物壳体2上的任何突起和/或齿21)可以为约5mm至约50mm。在某些实施方案中，聚合物壳体2的最大直径尺寸为约5mm至约40mm、约5mm至约30mm或约5mm至约20mm。在某些实施方案中，聚合物壳体2的最大直径尺寸为约10mm至约20mm。在某些实施方案中，聚合物壳体2的最大直径尺寸为约6.5mm、约11mm、约12mm或约18mm。
聚合物壳体2的高度可以为约5mm至约10mm。在某些实施方案中，聚合物壳体2的高度为约6mm至约9mm、约7mm至约9mm或约8mm至约9mm。
一个或多个多孔芯3的形状及尺寸部分地基于：将在其中使用生物载体1的废物处理系统的预期用途、类型(包括，例如废物处理机舱室的体积、混合类型、具体应用所需的生物载体数量等)；以及聚合物壳体2的形状及尺寸。对一个或多个多孔芯3的最佳形状和尺寸进行选择完全落在本领域普通技术人员在考虑本文所提供的教导和数据之后的技能范围内。
为了简单起见，通常将多孔芯3描述为如本文图3所示的实心圆柱体或如本文图4所示的具有通孔的圆柱体；但是，多孔芯3可以是任何形状，包括但不限于立方体、长方体、球体、椭圆体、圆柱体、锥体、三棱柱、六棱柱、三角锥、四角锥、六角锥、四面体和多面体(如八面体、十二面体和二十面体)。多孔芯3还可以是不规则形状。
在以下实例中，多孔芯3为圆柱形。多孔芯3的直径尺寸小于聚合物壳体2的直径尺寸并且可以为约3mm至约20mm。在某些实施方案中，多孔芯3的直径尺寸为约3mm至约15mm、约3mm至约10mm、约5mm至约10mm、约7mm至约10mm或约7mm至约9mm。在某些实施方案中，多孔芯3的直径尺寸为约8mm。
聚合物壳体2用于保护多孔芯3不与例如其它生物载体和/或废水处理系统的内表面发生碰撞。因此，通常优选聚合物壳体2的高度大于多孔芯3的高度，从而为多孔芯3提供保护。多孔芯3的高度可以为约5mm至约10mm。在某些实施方案中，多孔芯3的高度为约5mm至约9mm、约5mm至约8mm、约5mm至约7mm或约6mm至约7mm。在某些实施方案中，多孔芯3的高度为约6.4mm。
在某些实施方案中，如图3所示，多孔芯3是由连续多孔材料制成的多孔实心圆柱体。圆柱体具有沿第一轴31的相对端面32、33和围绕第一轴的侧面34。在某些实施方案中，如图4所示，多孔芯3是在其中具有通孔35的多孔圆柱体。通孔35通常沿圆柱体的第一轴31延伸。同样，具有通孔35的多孔芯3限定了沿第一轴31的相对端面32、33和围绕第一轴的侧面34。有利的是，通孔31可以增加表面-体积比以及废水通过多孔芯的循环，从而提高与多孔芯3上和内部的生物膜的接触和接触时间。在多孔芯3形成为其它形状的情况下(无论是否具有一个或多个通孔)，同样可以将其描述为具有沿着第一轴的相对端面和围绕第一轴的侧面。一个或多个通孔可以沿着第一轴或者相对于第一轴成一定角度从一个相对表面延伸到另一个相对表面。为了增大多孔芯3的表面-体积比，除了通孔之外的其它方法也是可能的，并且也落在本公开的考虑范围内。
如图2所示，聚合物壳体2可以包括沿着其周边的多个突起24。任何数量的突起24均可以存在于聚合物壳体2上，例如约5个至约50个突起24。为了简单起见，突起24在图8中被描绘成圆形，但是其可以是任何三维结构，例如立方体、长方体、球体、椭圆体、圆柱体、锥体、三棱柱、六棱柱、三角锥、四角锥、六角锥、四面体、多面体(如八面体、十二面体和二十面体)和不规则形状。突起24可以以如下方式布置：有序的规则方式；随机方式；或者其组合。
在某些实施方案中，如图2所示，聚合物壳体2为齿轮形，具有沿其周边从壳体2的外表面22延伸的多个齿21。聚合物壳体2可以包括四齿或更多齿。在某些实施方案中，聚合物壳体包括约4至约20齿、约4至约18齿、约4至约16齿、约4至约14齿、约4至约12齿、约5至约12齿、约5至约11齿、约5至约10齿或约6至约10齿。
图5示出了齿轮形壳体2的一些齿21的横截面。齿21可以从壳体2的表面22延伸约3至约4mm的距离(H)。在某些实施方案中，齿21从壳体2的表面22延伸如下距离：约3至约4mm、约3至约3.8mm、约3至约3.6mm或约3.1至约3.4mm。在某些实施方案中，齿21从壳体2的表面22延伸约3.3mm的距离(H)。
齿轮形壳体2的每个齿21可以具有约3至约4mm的齿座宽度(W1)。在某些实施方案中，齿座宽度(W1)为约3至约4mm、3.2至约4mm、3.4至约4mm或3.4至约3.8mm。在某些实施方案中，齿座宽度(W1)为约3.6mm。
齿轮形壳体2的每个齿21可以具有约1至约2mm的齿面宽度(W2)。在某些实施方案中，齿面宽度(W2)为约1至约2mm、1.2至约2mm、1.2至约1.8mm、1.4至约1.8mm或1.4至约1.6mm。在某些实施方案中，齿面宽度(W2)为约1.5mm。
齿轮形壳体2的每个齿21可以间隔约1至约2mm的距离(D)。在某些实施方案中，距离(D)为约1至1.5mm或约1.5至约2mm。
如图6(a)至6(c)所示，聚合物壳体2可以具有以直齿圆柱齿轮结构、斜齿正齿轮结构或双螺旋齿轮结构及其组合从聚合物壳体2的表面22延伸的多个齿21。如图6(d)所示，聚合物壳体2可以具有以滚花方式从聚合物壳体2的表面22延伸的多个齿21。
尽管使用了齿轮和齿等术语，但并不意味着，壳体2在机械学意义上必须采用精确的齿轮形状。相反，轮廓上出现细微的变化是可能的。例如，齿可以具有梯形、三角形或管状横截面。
聚合物壳体2限定用于接收一个或多个多孔芯3的内部空间23。在某些实施方案中，内部空间23包括一个或多个通孔。每个通孔被配置用于接收相应的多孔芯3，使得当多孔芯3安装在其中时，多孔芯3的侧面34与通孔的内表面接合，并且多孔芯3的相对表面32、33暴露于外部环境。在聚合物壳体2为齿轮形的情况下，其在齿轮的中心处或附近具有用于接收多孔芯3的圆柱形通孔。
在某些实施方案中，生物载体还包括生物膜，所述生物膜包含一种或多种选自由细菌和真菌组成的组的微生物。在某些实施方案中，细菌可以选自放线菌、芽孢杆菌属(Bacillus)(例如地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis))、乳酸菌、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)、红螺菌属(Rhodospirillum)、新硫杆菌(Thiobacillus novellus)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、黄杆菌属(Flavobacterium)、微球菌属(Micrococcus)、硝化杆菌属(Nitrobacter)、亚硝化毛杆菌属(Nitosomons)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)及其组合。在某些实施方案中，真菌可以是酵母。在某些实施方案中，生物膜还可以包含酶，例如，淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶及其组合。
本文还提供了一种废物处理系统，其包括本文所述的生物载体和废物处理容器。废物处理容器可以是餐厨垃圾堆肥器、餐厨垃圾分解器、餐厨垃圾处置器、餐厨垃圾消化池、餐厨垃圾发酵罐、好氧生物反应器、厌氧-好氧集成生物反应器或上流式厌氧污泥床反应器(USAB)。废物处理系统可以是工业废物处理系统或生活垃圾处理系统。
在本公开的基础上对本领域普通技术人员来说显而易见的是，本文所述的生物载体、系统和方法可以用于处理废物，所述废物包括但不限于：啤酒工业流出物、酿酒工业流出物、葡萄酒工业流出物、制药工业流出物、罐头工业流出物、奶酪加工业流出物、马铃薯加工业流出物、纸浆造纸工业流出物、酵母生产工业流出物、乳品加工业流出物、淀粉加工业流出物、宠物食品生产工业流出物、油脂加工业流出物、饮料工业流出物、酱油制造业流出物和其它加工食品制造业流出物、鞣革流出物、焦化废水流出物和餐厨垃圾处理流出物。
在某些实施方案中，废物处理系统在约20℃至约80℃的温度运行。在某些实施方案中，废物处理系统在约20℃至约70℃、约20℃至约60℃、约20℃至约50℃、约20℃至约40℃或约20℃至约30℃的温度运行。
在某些实施方案中，废物处理系统在约4至约8的pH下运行。
本文还提供了一种降低废水中化学需氧量(COD)和固体含量的方法，所述方法包括使本文所述生物载体与废水接触从而降低废水中的COD和固体含量的步骤，其中生物载体还包括细菌生物膜。
实施例1
尺寸较小的餐厨垃圾由于表面积-体积比的增大可有利于餐厨垃圾的降解。与通常为球形或圆柱形的商售生物载体不同，齿轮形生物载体有助于将餐厨垃圾分解成更小的块，从而可以缩短处理垃圾所需的时间。
在本实施例中，进行实验来比较生物载体中的齿数裂解餐厨垃圾的能力。比较4种不同齿数(0齿、6齿、8齿和10齿)的生物载体。
实验在家用餐厨垃圾处理机(最大容量为1kg餐厨垃圾)中进行，其中出口位于底部，为具有2mm开口的筛子。将500g模拟餐厨垃圾(组成如表1中所列)与生物载体一起放入机器中。在混合过程中，生物载体旋转，从而将餐厨垃圾打碎成小块。如果餐厨垃圾块小于2mm，那么它将离开机器，并导致机器内的餐厨垃圾质量减少。以不同时间间隔记录机器内的残余质量。运行24小时之后，向机器中加入额外的500g餐厨垃圾，并记录随时间变化的残余质量。每种类型的生物载体执行三次实验。
表1模拟餐厨垃圾的组成
组分 质量百分比(％w/w)
米饭 18
面包 18
蔬菜 28
猪肉 25
鸡蛋 7
玉米油 3.5
食盐 0.5
餐厨垃圾处理机中残余质量随时间变化的百分比示于图9中。餐厨垃圾处理机中的残余质量在前3-4小时内迅速减少。但是，在3-4小时标记后，残余质量减少的速率下降了。
表2中总结了在使用具有不同齿数的生物载体的情况下餐厨垃圾的平均质量减少。这些结果表明，齿轮形状和齿轮齿数对生物载体减少餐厨垃圾的质量以实现降解的能力具有影响。具有10齿的生物载体实现了最大的质量减少。在24小时内(商售餐厨垃圾处理机的一般运行持续时间)，生物载体中的6齿实现了55％的质量减少。
表2每个周期后餐厨垃圾处理机内的残余质量
生物载体中的齿数 24h后的平均质量减少(％)
0齿 32％±2％
6齿 55％±3％
8齿 63％±10％
10齿 78％±8％
实施例2
在这一实施例中，比较了在由不同材料制备的生物载体上附着的微生物生物膜的量。测试了尼龙、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和烧结玻璃(Sera
Figure BDA0002271132280000151
其表面积为约270m2/L)。
测试的微生物是用于餐厨垃圾处理的细菌、真菌和酶的混合物。细菌包括放线菌、乳酸菌、红假单胞菌属物种、红螺菌属物种、新硫杆菌、产碱杆菌属物种(例如反硝化产碱菌(Alcaligenes denitrificans)等)、黄杆菌属物种(例如水生黄杆菌(Flavobacteriumaquatile)和海泥黄杆菌(Flavobacterium oceanosedimentum)等)、微球菌属物种(例如藤黄微球菌(Micrococcus luteus)和玫瑰微球菌(Micrococcus roseus)等)、硝化杆菌属物种(例如维氏硝酸杆菌(Nitrobacter Winogradskyi)等)和亚硝化毛杆菌属物种(例如欧洲亚硝化毛杆菌(Nitosomons curopae)和双歧杆菌属物种等。真菌包括酵母等，而酶包括淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶等。
根据Judith H.Merritt等人(Growing and Analyzing Static Biofilms.CurrProtoc Microbiol.2005年7月；第1章：单元1B.1)描述的程序——其中使用结晶紫将生物膜染色并在590nm处测量经染色的生物膜的吸光度，对材料表面上的生物膜进行定量。将生物膜的量进行归一化，将其表示为每单位总表面积(单位为m2)在590nm处的吸光度。
图10总结了在由不同材料制成的生物载体上生物膜形成的结果。结果表明，所有材料(聚合物材料和多孔硅材料二者)都可以支持生物膜生长到表面上。还在65小时和168小时比较了生物膜的量，以观察生物膜的量在长期培养过程中是否会发生变化，进而模拟出餐厨垃圾处理系统中的长期运行持续时间。在所测试的聚合物材料中，对于168小时的培养，观察到尼龙具有每单位表面积最高的生物膜的量，高于商售生物载体(其通常由聚乙烯和聚丙烯制成)。然而，硅基多孔材料提供了更高的生物膜的量。这些结果表明，硅基多孔材料可用于显著地增加微生物负荷生物载体。
实施例3
在这一实施例中，比较了商售聚丙烯载体、无外部壳体的多孔生物载体和本文所述的、具有部分覆盖多孔芯的聚合物壳体的生物载体的耐用性。
通过将生物载体置于振动杯中来研究每个生物载体的耐用性，所述振动杯引发生物载体之间的频繁碰撞，模拟出废物处理系统中的条件。以不同的时间间隔测量生物载体的重量损失。
图11显示，尼龙齿轮在研磨过程中经历的累计减重小于商售PP生物载体的累计减重。换言之，外部尼龙齿轮壳体的耐磨/耐磨损性优于商售PP生物载体。
当使用外部尼龙壳体覆盖多孔芯时，其重量损失与未覆盖的硅基多孔材料相比减少了大于15倍，并与商售PP生物载体相当(表3)。因此，通过用聚合物壳体(如尼龙)覆盖多孔芯材料的外部，增强了所得生物载体的耐磨/耐磨损能力。
表3研磨4h后质量减少的比较
生物载体材料 研磨4h后的重量损失(％)
商售PP生物载体 0.69％
硅基多孔材料 16.24％
外部尼龙齿轮壳体+硅基多孔材料 1.08％
实施例4
在这一实施例中，将尼龙覆盖的硅基多孔材料生物载体的微生物负荷与商售PP生物载体和硅基多孔材料生物载体进行比较。
硅基多孔材料与尼龙外部壳体的体积比为约1:4.56。
采用比表面积为810m2/L至1,620m2/L的两种圆柱形硅基多孔材料生物载体(多孔材料#1和多孔材料#2)。多孔材料#1和#2的性质如下表4所示。
表4多孔材料#1和#2的选择性质
Figure BDA0002271132280000171
图12A和图12B中多孔芯的微观形态揭示了其内部的多孔结构。对生物载体上产生的生物膜的量进行定量测定的方法与实施例2中的相同。结果汇总在表5中。结果表示为每单位总面积(单位为m2)在590nm处的吸光度。
表5示出了多孔材料具有相当高的微生物负荷。在将外部壳体引入到多孔材料后，微生物负荷降低，但仍为商售PP生物载体的至少35倍。
表5不同生物载体的微生物负荷
Figure BDA0002271132280000181
实施例5
在这一实施例中，进行了验证试验，以验证所开发的、生物载体与商售齿轮形PP生物载体相比在餐厨垃圾处理系统中的餐厨垃圾处理性能。将相同体积的、预先接种了餐厨垃圾处理微生物的生物载体和500g餐厨垃圾添加到餐厨垃圾处理系统中，并且在试验期间，以不同的时间间隔测量从机器中排出的废水的化学需氧量(COD)的降低。每组执行四个周期(每个周期24小时)。
图13示出了从系统中排出的废水中的COD浓度。对于商售PP生物载体，废水中的COD在高浓度下波动。相比之下，通过使用尼龙-硅生物载体，废水中的COD显著降低，重要的是，废水的COD相对稳定；而且，这种有效的微生物作用还体现在其运行期间恶臭的减少。
实施例6
在本实施例中，研究了所利用的尼龙-硅生物载体的体积百分比改变对餐厨垃圾处理系统流出物的COD的影响。测试了如下不同体积比的尼龙-硅生物载体：100％尼龙-硅生物载体；75％尼龙-硅生物载体：25％商售PP生物载体；50％尼龙-硅生物载体：50％商售PP生物载体；25％尼龙-硅生物载体：75％商售PP生物载体；以及100％商售PP生物载体。实验程序与实施例5中描述的程序相似。结果汇总在图14中。图14表明，向废物处理系统中加入25vol％的尼龙-硅生物载体足以实现废水中COD的显著降低。
实施例7
本实施例旨在证明在餐厨垃圾处理系统中替换不同比例的商售聚丙烯基生物载体和本文所述的生物载体的效果，具体详见下表。
Figure BDA0002271132280000191
图15描绘的图示出了上表所述混合生物载体系统的COD。当将25％的商售聚丙烯生物载体替换为本文所述的生物载体时，观察到流出物的平均COD几乎下降了10倍。通过替换较大比例的传统聚丙烯生物载体，进一步实现了逐步降低。有利的是，当仅替换25％的商售聚丙烯生物载体时，发生了最大效益的COD减少。这提供了一种经济的方法来提高废水处理系统的性能。
实施例8
可以通过将硅基多孔材料直接插入到尼龙外部齿轮壳体中或者通过传统的注塑成型来制备尼龙-硅生物载体。
对于直接插入，将硅基多孔材料手动地或借助于机器(如打孔机、冲压机、液压机等)插入到中间有孔的尼龙齿轮中。
对于传统的注塑成型工艺，首先将硅基多孔材料放入到模具中，然后待冷却脱模后，将熔化的尼龙注入到模具中，形成生物载体。关键操作参数包括温度和压缩压力。多孔材料能够承受比尼龙熔点更高的温度，因此，常见操作温度(为250℃或更高)对于尼龙成型是合适的。由于多孔材料易碎，因此，成型过程中的压缩压力应低于多孔材料的最低压缩强度(一般在10MPa左右或更低)。
实施例9
除了对来自餐厨垃圾处理的废水中的COD进行处理之外，微生物还可用于处理餐厨垃圾固体及其废水含量(使用UASB)。在本实施例中，进行实验来比较UASB反应器中使用的颗粒污泥与餐厨垃圾处理微生物的混合物之间的固体含量降低。将10g颗粒污泥和5mL微生物添加到单独的餐厨垃圾例如蔬菜中。所添加的餐厨垃圾的量在下面汇总。以一定的时间间隔测量净干质量变化(排除污泥和微生物的质量)。结果如图16所示。结果表明，颗粒污泥未显示对餐厨垃圾的显著减少，在48小时后仍存在超过80％的固体含量；而微生物显示对蔬菜垃圾超过50％的固体减少，这与传统的消化池相似(总固体的40-60％减少)。
添加量(g，以干质量计)
颗粒污泥(10g) 0.634
商售细菌(5mL) 0.870
实施例10
在本实施例中，展示了高微生物负荷的生物载体在UASB反应器中用于处理餐厨垃圾废水的应用。反应器被设计来处理COD范围为2,000ppm至40,000ppm(平均值＝16,556ppm)且pH值范围为4.5至6.0的餐厨垃圾废水，其中有机负荷高达10kg COD/m3/d。中试反应器的示意图如图17所示。反应器可以由聚氯乙烯制成，其工作容积为5吨。生物载体固定在反应器内部以增加微生物负荷。在降解过程中，生成甲烷气体并在反应器顶部收集甲烷气体。在温度水循环管所提供的合适温度(大约35℃)运行反应器。对于后期好氧处理，流出物的平均COD预计不超过600ppm，这等同于高于96％的平均COD去除率。该实施例表明，对于高COD餐厨垃圾相关的废水，装配有生物载体的UASB反应器可以达到超过90％的COD去除率。
应理解的是，本文所述的方法并不局限于本文所述的特定方法和方案，因而可以发生变化。还应理解的是，本文中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并不意图限制本文所述方法、系统和组合物的范围，而所述方法、系统和组合物将仅受到所附权利要求的限制。虽然已在本文中示出和描述了本公开的一些实施方案，但对于本领域的技术人员来说显而易见的是，这类实施方案仅仅通过举例的方式提供。在不脱离本公开的情况下，本领域技术人员现在会想到许多变型、改变和替代。应当理解，在实施本公开时，可以采用本文所述的本公开实施方案的各种替代实施方案。意图所附权利要求限定本公开的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的生物载体、方法、系统和组合物及其等同物。
出于说明的目的，通过参考示例性应用描绘0除非另有说明，否则任何实施方案均可与任何其它实施方案组合。应当理解，为了便于充分理解本文中描述的特征，阐述了许多具体的细节、关系和方法。然而，本领域技术人员将容易认识到，本文所述的特征可以在没有一个或多个特定细节的情况下实践，或者可以通过其它方法实践。本文描述的特征不受所示动作或事件的顺序的限制，因为某些动作可以以不同顺序发生和/或可以与其它动作或事件同时发生。此外，不需要所有示出的动作或事件来实施根据本文描述的特征的方法。
虽然已在本文中示出和描述了一些实施方案，但对于本领域的技术人员来说显而易见的是，这类实施方案仅仅通过举例的方式提供。不意图通过说明书中提供的特定实施例来限制本发明。虽然已经参照上述说明书对本发明进行了描述，但本文中对实施方案的描述和说明并不意图以限制性的意义来加以解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在会想到许多变型、改变和替代。
此外，应当理解，本发明的所有方面并不局限于本文所阐述的具体描述、结构或相对比例，其取决于各种条件和变量。应当理解，在实施本公开时，可以采用本文所述的本发明实施方案的各种替代实施方案。因此，考虑本发明还应涵盖任何这类替代方案、修改、变化或等同物。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。本文提及的所有专利、专利申请、出版物和描述通过引用以其整体并入，用于所有目的。没有一个被认为是现有技术。

Claims (22)

1.一种生物载体，其包括：
包含聚合物材料的壳体；以及
一个或多个包含用于附着微生物的多孔材料的芯，其中所述壳体至少部分地封闭所述一个或多个芯，从而使得所述一个或多个芯可从外部环境接近，
其中所述一个或多个芯中的至少一个限定第一轴和沿所述第一轴的相对表面，使得所述相对表面暴露于所述外部环境。
2.根据权利要求1所述的生物载体，其中所述一个或多个芯中的至少一个是连续多孔材料或具有沿所述第一轴的通孔。
3.根据权利要求1所述的生物载体，其中所述芯是沿所述第一轴纵向配置的圆柱体，其具有暴露于所述外部环境的相对端面以及侧面。
4.根据权利要求3所述的生物载体，其中所述芯通过所述芯的侧面与所述壳体接合。
5.根据权利要求1所述的生物载体，其中所述壳体具有沿着其周边的多个突起和用于接收所述一个或多个芯的一个或多个通孔。
6.根据权利要求1所述的生物载体，其中所述壳体呈齿轮形，具有多个从所述壳体的外表面延伸的齿，并且所述壳体在所述壳体的中心处具有圆柱形通孔，用于接收所述芯，其中所述芯为圆柱形。
7.根据权利要求6所述的生物载体，其中所述壳体包括四个或更多个齿。
8.根据权利要求7所述的生物载体，其中所述齿轮形壳体的每个齿从所述壳体的所述外表面延伸3至4mm。
9.根据权利要求6所述的生物载体，其中所述齿轮形壳体的每个齿具有3至4mm的齿座宽度和1至2mm的齿面宽度。
10.根据权利要求9所述的生物载体，其中当在所述齿的基座处测量时，每个齿间隔1至2mm的距离。
11.根据权利要求1所述的生物载体，其中所述聚合物材料是聚四氟乙烯(PTFE)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙或其组合。
12.根据权利要求1所述的生物载体，其中所述多孔材料包括陶瓷、二氧化硅、烧结玻璃、沸石、硅藻土、活性炭、骨炭、水泥或其组合。
13.根据权利要求1所述的生物载体，其中所述聚合材料为尼龙6,6；所述多孔材料包括硅酸铝或烧结玻璃；所述尼龙6,6与所述硅酸铝或烧结玻璃以约1:4至约1:5的体积比存在；所述壳体的所述外表面为齿轮形，具有从所述壳体的表面延伸3至4mm的至少六个齿，其中所述齿轮形壳体的每个齿具有3至4mm的齿座宽度和1至2mm的齿面宽度，并且当在所述齿的基座处测量时，每个齿间隔1至2mm的距离；所述壳体具有沿着所述壳体的中心的圆柱形通孔，用于接收所述芯，其中所述芯为圆柱形；并且所述生物载体的直径为16至20mm，以及高度为7至9mm。
14.一种废物处理系统，其包括根据权利要求1所述的生物载体和废物处理容器。
15.根据权利要求14所述的废物处理系统，其中所述废物处理系统是餐厨垃圾堆肥器、餐厨垃圾分解器、餐厨垃圾处置器或上流式厌氧污泥床反应器(UASB)。
16.根据权利要求14所述的废物处理系统，其中所述生物载体还包括生物膜，所述生物膜包含选自由以下各项组成的组的一种或多种微生物：放线菌、乳酸菌、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)、红螺菌属(Rhodospirillum)、新硫杆菌(Thiobacillus novellus)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、黄杆菌属(Flavobacterium)、微球菌属(Micrococcus)、硝化杆菌属(Nitrobacter)、亚硝化毛杆菌属(Nitosomons)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)和酵母。
17.根据权利要求16所述的废物处理系统，其中所述废物处理系统在20℃至80℃的温度运行。
18.根据权利要求15所述的废物处理系统，其中所述废物处理系统为UASB，其中所述UASB在20℃至40℃的温度和4至8的pH下运行。
19.一种降低废水中化学需氧量(COD)和固体含量的方法，所述方法包括使根据权利要求1所述的生物载体与所述废水接触从而降低所述废水中的所述COD和固体含量的步骤，其中所述生物载体还包括细菌生物膜。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述聚合物材料为尼龙6,6；所述多孔材料包括硅酸铝或烧结玻璃；所述尼龙6,6与所述硅酸铝或烧结玻璃以约1:4至约1:5的体积比存在；所述壳体的所述外表面为齿轮形，具有从所述壳体的表面延伸3至4mm的至少六个齿，其中所述齿轮形壳体的每个齿具有3至4mm的齿座宽度和1至2mm的齿面宽度，并且当在所述齿的基座处测量时，每个齿间隔1至2mm的距离；所述壳体具有沿着所述壳体的中心的圆柱形通孔，用于接收所述芯，其中所述芯为圆柱形；并且所述生物载体的直径为16至20mm，以及高度为7至9mm。
21.一种制备根据权利要求1所述的生物载体的方法，包括以下步骤：
a)提供一个或多个芯，所述芯包含用于附着微生物的多孔材料；并且
b)由包含聚合物材料的壳体部分地封闭所述一个或多个多孔芯，使得所述一个或多个芯可从外部环境接近，
其中所述一个或多个芯中的至少一个限定第一轴以及沿所述第一轴的相对表面，使得所述相对表面暴露于所述外部环境。
22.根据权利要求21所述的方法，其中部分地封闭所述一个或多个多孔芯的所述步骤包括将所述一个或多个芯注塑成型或直接插入到所述聚合物材料中。
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