CN119836402A - 用于过滤和净化灰水或其他废水以通过生物过滤产生新的清洁安全水源的装置 - Google Patents

Abstract

用于过滤和净化灰水或其他废水以产生新的清洁安全水源的装置(1)，包括：一个用于收集待处理水的水池(2)，包括一个用于引入待处理的水并在水经过过滤和净化后将其排出的进口或开口(5)；一个生物载体容器(3)，位于水池(2)内，包括多个生物载体，生物载体载有生长的微生物，这些微生物负责净化水；和一个用于向水池内部供氧以促进微生物的好氧代谢，防止出现恶臭的曝气装置；以及用于灰水或其他废水过滤和净化的微生物生长的生物载体。

Description

用于过滤和净化灰水或其他废水以通过生物过滤产生新的清 洁安全水源的装置

技术领域

本发明涉及水回用行业，尤其涉及一种可在缺水地区产生新的水源，减少用水量的废水(如灰水)回用装置。

背景技术

水危机是一个日益严重的全球性问题。据预测，到2030年，全球缺水率将达到40％。智利是最受影响的国家之一，72％的领土遭受干旱，超过100万智利人无法获得水资源。这种情况使采取行动成为必要，这就是为什么迫切需要寻找新的水源。一个极具吸引力的选择是对人类活动产生的废水进行再利用。在每个人的总消耗量中，40-75％是淋浴、洗手和洗衣产生的废水，主要是灰水。虽然废水或灰水的污染程度较低，可以重复使用，但在实践中，由于缺乏可持续、高效、简单、实惠的技术来在本地实施或由客户购买，这些废水几乎完全被浪费了。

在现有的技术解决方案中，专利CL200803104介绍了一种完全由可编程逻辑控制器控制的灰水再利用系统，该系统由一个一级水池、一个带有曝气器、膜和吸泵的二级水池以及一个用于加氯的三级水池组成，三个水池均与一个总收集器相连。这种解决方案的不足在于，水在不同的水池中依次处理，而不是只在一个水池中处理，没有在生物过滤等基质上使用微生物来代谢灰水中的污染物，以实现水的过滤和净化。

专利US20150191365描述了一种灰水回收和再利用系统，该系统包括一个用于收集、处理和排放灰水的主体，该主体包括一个与灰水源相连的进口、一个位于主体进口处的灰水固体过滤、一个附近位于过滤下方的排污口，用于分离此类固体物、一个用于接收过滤灰水的水池、一个用于对过滤灰水进行消毒的消毒剂、一个用于将处理后的灰水从水池中排出的泵、一个通往下水道系统的排放连接、一个与淡水源的连接，以及一个用于控制该系统运行的控制系统。在本例中，系统可在单一水体或水池中处理水，但不使用基质上的微生物，这些微生物可以代谢灰水中的污染物，基质通过一个曝气装置不断摇动，促进微生物与待过滤水之间的相互作用。

专利US4196082描述了一种集成式家庭废水处理和水净化系统，该系统包括一个干式厕所、一个主堆肥池、一个有上下两部分的污物沉淀池、一个待净化水流流经的生物过滤、用于将水从沉淀池移至生物过滤的管道装置、用于将污物从沉淀池移至主池的管道装置、从厕所向用于过滤灰水的机械净化装置输送灰水的管道装置、从此机械净化装置向污物沉淀池输送经机械净化的水的管道装置、以及用于更换厕所和生物过滤中气体的共用抽风机。虽然该系统介绍了用于水处理的生物过滤的使用，但这种解决方案的缺点是，水是在不同的水池中依次处理的，而不是只在一个水池中处理，这使得该系统的实施变得困难。

此外，在现有技术中，还有各种微生物基质，特别是生物载体或用于水净化的载体，例如，专利US20070102354描述了一种用于生物生长的支持介质，该介质包括一个管状横截面和一个受到扰动的外周边，受到扰动的外周边可形成一个支持生物生长的保护外表面，其中此受到扰动的外周边可促进介质的混合。

因此，上述专利均未展示一种过滤和净化废水(如灰水)的装置，该装置可使用多个生物载体，最大限度地增加待处理的水与基质上的微生物之间的接触，并改善氧气向这些微生物的传输，有利于微生物的好氧代谢，进而改善水的净化过程，从而以高效、简单且经济实惠的配置，在本地或单个家庭乃至大量水域实现废水的再利用，但上述专利均未介绍载体或生物载体，这些载体或生物载体的空腔和叶片构造有利于微生物的生长，并确保生物载体与水之间相互作用的流体动力学性能。

发明内容

本发明涉及一种用于过滤和净化废水(如灰水)的集成装置，该装置可通过产生新的水源实现废水的再利用。该装置可将通常被浪费的废水(如灰水)作为一种资源重新加以利用，产生一种新的、清洁的、安全的水源，从而减少用水量，这在干旱、缺水地区尤为重要。

本发明的另一个目的是提供一种能够以可持续的方式处理废水(如灰水)且不产生有毒副产品的装置。

本发明还有一个目的是产生一种水源，使因缺水而受到影响的绿地和作物得以恢复。

具体而言，该装置属于生物型过滤，使用的生物过滤含有微生物，建立在基质上，能够去除废水(如灰水)中的污染物和/或杂质。该装置所用基质的设计改善了其流体动力学性能，与水和空气的相互作用更大，从而最大程度地增加了待处理水与基质上的微生物之间的接触，并且改善了氧气向这些微生物的传输，有利于其好氧代谢，从而改善了废水，特别是灰水的净化过程。

该装置净化水，使其百分百重新用于灌溉、厕所冲水和/或工业用途，平均减少40％-70％的用水量，既经济又节水。与其他生物技术相比，这是一种高效、紧凑、可持续、易于操作、维护成本低、费用低廉的技术，人们负担得起。

该装置的设计适用于从本地或单个家庭用水到大量用水的各种用户，如城市或乡村家庭、农户、希望减少用水量的公司、机构、建筑商和房地产商、工业部门或任何希望减少水足迹的消费者。

这种将废水(如灰水)再利用以产生新水源的集成装置属于生物型过滤装置，包括一个用于收集待处理水的水池、一个包括多个含有负责净化水构成生物过滤的生长的微生物的生物载体容器、以及一个用于向水池内部供氧以促进微生物的好氧代谢，防止出现恶臭，并保持生物载体不断摇动，使其与水相互作用的曝气装置。

曝气装置可对生物载体进行持续摇动，使微生物与水之间产生相互作用，从而进行过滤和净化。此外，由于装置中添加了氧气，曝气装置还能注入气体，促进生物过滤中微生物的好氧代谢。

生物载体的设计使其具有有利于废水(尤其是灰水)生物过滤过程的流体动力学性能，从而使生物载体与水和气体产生更大的相互作用，进而产生氧气和好氧代谢。

水池包括一个进口，用于导入待处理的水，并在过滤和净化后将水排出。根据需要，水池可包括一个与进口分开的出口，用于引出过滤和净化后的水。根据需要，该装置可在其进口处包括一个预过滤，用于在待处理的水进入水池之前去除其中的悬浮颗粒和固体。该装置实施例收集来自淋浴、浴缸、洗手和/或洗衣的废水，尤其是灰水，然后进行处理，直至净化。

微生物在生物载体上，生物载体是一种惰性轻质基质，让微生物在其中生长，其设计有利于微生物在水中的移动，有利于微生物与水之间的相互作用，确保处理过的水得到净化。

生物载体容器载有生长在多个生物载体上的微生物，位于水池内。在一个实施例中，生物载体容器包括固定装置，可将容器固定在水池上，使其悬浮而不与池壁接触。

该装置可包括连接装置，可将待处理的水从水源引入收集水池。此外，该装置还可包括水泵，以方便将待处理的水引入水池，以及将净化后的水排出水池。

根据需要，该装置还可以包括一个实时监测系统，可通过集成在中央电路中的传感器测量水质参数。

附图说明

为了进一步理解本发明，附图构成本说明的一部分，并且进一步说明了本发明的优选实施例：

图1为本发明实施例中用于过滤和净化废水(如灰水)的装置示意图。

图2为本发明实施例中的生物载体容器示意图。

图3为本发明实施例中的水池开口示意图。

图4为本发明实施例中的连接到生物载体容器的曝气装置的气体扩散环示意图。

图5为废水(如灰水)过滤和净化装置的另一种布置方式示意图。

图6A为第一种生物载体设计的等距视图。

图6B为第一种生物载体设计的正视图。

图7A为第二种生物载体设计的等距视图。

图7B为第二种生物载体设计的正视图。

图8为根据最新技术的生物载体设计示意图。

图9A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体的体积示意图。

图9B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体的体积示意图。

图10A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体的质量示意图。

图10B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体的质量示意图。

图11A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体记录的浮动时间示意图。

图11B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体记录的浮动时间示意图。

图12A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体记录的悬浮时间示意图。

图12B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体记录的悬浮时间示意图。

图13A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体记录的底部时间示意图。

图13B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体记录的底部时间示意图。

图14A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体的垂直旋转次数示意图。

图14B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体的垂直旋转次数示意图。

图15A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体的顺时针旋转次数示意图。

图15B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体的顺时针旋转次数示意图。

图16A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体的逆时针旋转次数示意图。

图16B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体的逆时针旋转次数示意图。

图17A为微生物在高密度聚乙烯制造的K3生物载体上生长5周后的初始状态(左)和最终状态(右)比较示意图。

图17B为微生物在聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的K3生物载体上生长5周后的初始状态(左)和最终状态(右)比较示意图。

图17C为微生物在聚乳酸制造的K3生物载体上生长5周后的初始状态(左)和最终状态(右)比较示意图。

图18A为微生物在聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的V1生物载体上生长5周后的初始状态(左)和最终状态(右)比较示意图。

图18B为微生物在聚乳酸制造的V1生物载体上生长5周后的初始状态(左)和最终状态(右)比较示意图。

图19A为微生物在聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的V2生物载体上生长5周后的初始状态(左)和最终状态(右)比较示意图。

图19B为微生物在聚乳酸制造的V2生物载体上生长5周后的初始状态(左)和最终状态(右)比较示意图。

图20A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体3个月后的新鲜生物质总量示意图。

图20B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体3个月后的新鲜生物质总量示意图。

图21A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体3个月后的干燥生物质总量示意图。

图21B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体3个月后的干燥生物质总量示意图。

图22A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体在考虑到3个月的生物质生长、恒定曝气和每周灰水更换下的水质测试中获得的细菌密度示意图。

图22B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体在考虑到3个月的生物质生长、恒定曝气和每周灰水更换下的水质测试中获得的细菌密度示意图。

图23A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体在恒定曝气和每周更换灰水的情况下在3个月后获得的生物质代谢活性量化示意图。

图23B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体在恒定曝气和每周更换灰水的情况下在3个月后获得的生物质代谢活性量化示意图。

图24A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体在考虑到3个月的生物质生长、恒定曝气和每周灰水更换下在处理24小时后进行的水质测试中获得的与第0天(未经处理的水)相比水的除浊率示意图。

图24B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体在考虑到3个月的生物质生长、恒定曝气和每周灰水更换下在处理24小时后进行的水质测试中获得的与第0天(未经处理的水)相比水的除浊率示意图。

图25A为商用K3生物载体和用聚乳酸制造的各类生物载体在考虑到3个月的生物质生长、恒定曝气和每周灰水更换下在处理24小时后进行的水质测试中获得的与第0天(未经处理的水)相比水的化学需氧量去除率示意图。

图25B为商用K3生物载体和用聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的各类生物载体在考虑到3个月的生物质生长、恒定曝气和每周灰水更换下在处理24小时后进行的水质测试中获得的与第0天(未经处理的水)相比水的化学需氧量去除率示意图。

具体实施方式

如图1所示，可让废水重新使用以产生新的水源，用于过滤和净化废水(如灰水)的集成装置(1)是一种生物型过滤装置，包括一个用于收集待处理水的水池(2)、一个构成生物过滤，位于水池(2)内，由其中生长着负责净化水的微生物的多个生物载体组成的生物载体容器(3)，以及一个用于在水池内提供氧气以促进微生物的好氧代谢，防止出现恶臭，并使生物载体处于持续摇动状态以促进其与水相互作用的曝气装置。水池(2)包括一个用于引入待处理的水并在水经过过滤和净化后将其排出的进口或开口(5)。根据需要，水池(2)可包括一个用于引出过滤和净化后的水，与进口或开口(5)分离的出口或排放口。在实施例中，微生物以生物膜的形式生长。在处理或净化废水，特别是灰水的情况下，该装置可收集淋浴、浴缸、洗手和/或洗衣产生的灰水，进行处理，直至实现净化。

如图2所示，生物载体容器(3)载有生长在多个生物载体上的微生物，包括一个由透水性材料制成的具有相对的上端和下端细长主体(31)，其中下端包括用于连接曝气装置的连接装置(33)。

在实施例中，生物载体容器(3)的上端包括可将生物载体容器(3)固定或安装到水池(2)上的固定装置(32)，其中固定装置(32)可将生物载体容器(3)固定至水池(2)的开口(5)，从而使生物载体容器(3)悬浮在水池(2)内，不与池壁接触，并与其开口(5)对齐。生物载体容器(3)可以在水池(2)内不同的高度悬浮，即在主体(31)上端与水池开口(5)相一致的位置和主体(31)下端靠近水池(2)下壁的位置之间，同时生物载体容器(3)不与水池(2)的任何池壁接触。生物载体容器(3)在水池(2)内的位置由固定装置(32)决定，固定装置(32)可以是固定的，也可以是可调的。

在实施例中，固定装置(32)包括至少两个位于生物载体容器(3)主体(31)上端的拉条(321)、至少两个由支撑带(323)组成的固定元件(322)，支撑带(323)的两端包括快速连接(324)，分别连接到拉条(321)和水池(2)的开口(5)。支撑带(323)的长度决定了生物载体容器(3)的悬浮高度，可以是固定长度，以确定固定的悬浮高度，也可以是可变或可调长度，以改变生物载体容器(3)在水池(2)内的位置。支撑带(323)的末端可包括用于安装快速连接(324)的环。

在实施例中，如图3所示，水池(2)的开口(5)包括至少两个安装钩(51)，便于安装或紧固固定装置(32)。具体来说，安装钩(51)可以连接到固定装置(32)上固定元件(322)的快速连接(324)。快速连接(324)和安装钩(51)最好由不锈材料制成，例如，不锈钢。

在实施例中，生物载体容器(3)的主体(31)是一个多孔材料织物袋，呈圆柱形，包括一个封闭件(311)，最好是塑料封闭件，用于通往主体内部放置和/或更换生物载体。多孔材料织物最好由再生织物或植物材料制成。

为确保主体(31)保持其形状，生物载体容器(3)可在主体(31)的两端各安装一个环。在实施例中，这种环由聚乙烯管制成，这种材料专门用于与水接触。在另一个实施例中，这种环由不锈钢制成。

曝气装置包括一个气体扩散环(4)，在主体(31)的下端连接到生物载体容器(3)，与气体软管(6)的一端连接，其中气体软管(6)从水池(2)引出，使另一端连接到一个微型气体压缩机，通过气体扩散环(4)将气体注入水池(2)内部，其中，气体扩散环(4)包括一个环形支架，该支架与一个圆形扩散软管相连，从圆形扩散软管中喷出微气泡，向水池(2)内部供氧，以促进微生物的好氧代谢，并且防止产生恶臭。气体扩散环(4)支架用于塑造其结构，最好由不锈钢制成。气体扩散环(4)产生的气泡使多个生物载体处于持续摇动状态，有利于微生物与水之间的相互作用，以进行过滤和净化。生物载体容器(3)在水池(2)中的位置最好是使气体扩散环(4)完全浸没，但不与水池(2)接触，以避免此气体扩散环(4)振动产生噪音，给使用者带来不适。

在实施例中，对于1000升水池的水处理，可使用至少38瓦的微型压缩机，对于2000升水池的水处理，可使用至少58瓦的微型压缩机。

如图4所示，气体扩散环(4)通过位于主体(31)下端的连接装置(33)与生物载体容器(3)连接。连接装置(33)包括至少四条支撑带(331)，其中，这些支撑带的一端与主体(31)的下端连接，另一端与气体扩散环(4)连接。在实施例中，连接装置(33)和气体扩散环(4)之间的连接是通过支撑带(331)两端的钩子(332)实现的。支撑带(331)的两端可以有一个用于连接钩子(332)的环。钩子(332)最好由不锈钢制成。在另一个实施例中，连接装置(33)和气体扩散环(4)之间的连接通过线缆扎带实现。

在实施例中，气体软管(6)的一部分通过靠近主体(31)各端的至少一个横向销(34)固定在生物载体容器(3)的主体(31)上，从而使部分气体软管(6)与主体(31)的纵轴平行。在另一个实施例中，气体软管(6)位于水池(2)内部，不与生物载体容器(3)连接。

在实施例中，水池(2)基本上是圆柱形的，可以具有垂直形状构造(如图1)或水平形状构造(如图5)。如果水池(2)具有垂直形状构造，开口(5)位于上表面，如果水池(2)为水平形状构造，则开口(5)位于水池(2)的与圆柱体的曲面或主体相对应的上部。在这两种情况下，生物载体容器(3)和曝气装置的布置方式相同。在生物载体容器(3)固定或安装在水池(2)上的实施例中，此生物载体容器(3)的布置方式是使其在垂直方向上与开口(5)对齐。此外，开口(5)还包括防止异物或污染物进入的保护装置，在一个实施例中，此保护装置是盖住开口(5)的盖子(7)。

在实施例中，装置(1)可在开口(5)之前或开口(5)处包括一个预过滤，用于在待处理的水进入水池(2)之前或在水经过生物过滤后进行处理之后去除水中的悬浮颗粒和固体。

装置(1)可包括用于将待处理的水从水源引入收集水池(2)的连接装置。此外，装置还可包括水泵，以便于将待处理水引入水池(2)，以及将净化后的水排出水池(2)。根据需要，装置(1)还可包括与用于储存经过处理或生物过滤的水的后处理水池相连的连接装置。

根据需要，装置(1)还可以包括一个实时监测系统，通过集成在中央电路中的传感器测量水质参数，并控制装置(1)的运行。监测系统至少可以测量水池(2)中水的酸碱值、浊度、温度和电导率。监测系统还包括一个计时器，可建立不同的曝气周期(开/关)，以控制水净化时间。

装置(1)可根据用户的需要用于不同的用途，例如，根据装置所应用国家的规定，用于向植物根部输水的低成本、高效率滴灌系统、厕所冲洗或其他家庭或工业用途。此外，装置(1)还可结合可再生能源的使用，例如使用太阳能电池板的太阳能作为供电源，以确保自主运行。

此外，装置(1)还可以通过安装一个控制器实现自动化，该控制器可以实现装置(1)的一般操作、水的载入和排出，还可根据需要引入水质参数。

微生物在多个生物载体上，这些生物载体是惰性轻质基质，可让微生物生长和定殖，这些生物载体设计为可在水中移动，促进微生物与水之间的相互作用，确保水质净化。微生物属于特殊的联合体，能有效去除废水(如灰水)中的污染物，抵御不利条件，并能动态地适应待处理水的成分变化、酸碱值变化、湿度变化和温度变化。在实施例中，装置(1)中的微生物属于环境微生物，这些微生物具有过滤能力，并且可以附着在基质上生长。在使用前，先对微生物进行富集，以确保过滤效率，使微生物生长在基质上，并将其装入生物载体容器(3)中。在实施例中，生物载体上微生物的生物质生长应至少为3个月，以确保过滤效率。

所述装置(1)可以应用于的不同的规模，例如，用于淋浴用水的就地回用以冲洗厕所，洗衣用水的回用，一栋房屋、一组房屋或更大规模的建筑物，甚至是工业规模的全部灰水。这样，装置(1)就可以根据不同的废水流量，尤其是灰水流量进行调节，其中水池(2)的大小可以根据用户的需求具有任何体积。

装置(1)可在12至24小时内过滤废水，尤其是灰水，具体时间取决于水量。在此方面，已证实过滤1000升灰水至少需要1公斤生物载体，需要12小时的水处理时间。若要处理其他的水量，生物载体可根据处理所需的生物质按比例调整。可以通过在装置(1)中添加生物载体来加快过滤过程，从而在保持处理水量的情况下缩短处理时间。为确保系统达到最佳运行状态，每18个月应更换四分之一的生物载体。

生物载体容器(3)的大小可根据所用生物载体的数量进行调整，以便生物载体在曝气装置的摇动下在容器内移动。

在实施例中，多个生物载体可直接插入水池(2)，而无需使用生物载体容器(3)，从而使生物载体与微生物在水池(2)内自由移动。

在实施例中，装置(1)与后处理消毒系统集成，包括氯化、紫外线、臭氧或其他化学和物理化学方法。

生物载体的设计使其具有有利于废水(尤其是灰水)生物过滤过程的流体动力学性能，从而使生物载体与水和气体产生更大的相互作用，进而产生促进好氧代谢的氧气。在此方面，生物载体包括一个中空的圆柱形外环(81)、一个与外环(81)同心并且位于外环(81)中心的多边形内环(82)、一个与多边形内环(82)和外环(81)同心且位于多边形内环(82)和外环(81)之间将生物载体分隔成多个部分的中间环(83)，其中，从多边形内环(82)多边形的每个顶点伸出的弧形第一肋条(84)将生物载体的所有环(81、82、83)连接起来，每个第一肋条(84)进一步从外环(81)向外伸出，在外环(81)周围形成叶片(86)，在每对第一肋条(84)之间有一个弧形第二肋条(85)，它连接在中间环(83)的外壁和外环(81)的内壁之间。第一肋条(84)和第二肋条(85)具有相同的曲率。

环(81、82、83)和肋条(84、85)之间产生的交叉形成多个空腔，增加了生物载体的表面积，提高了微生物在其中生长的能力。

生物载体外环(81)周围的叶片(86)有利于沿叶片方向的旋转，使生物载体与水之间产生更大的相互作用，从而最大程度地增加待处理水与生物载体之间的接触，并向微生物输送氧气，以促进其好氧代谢，从而促进水净化过程的运行。以这种方式样，生物载体的设计具有流体动力学性能，有利于废水(如灰水)的生物过滤过程。

在实施例中，生物载体还包括位于中间环(83)和多边形内环(82)之间的至少一个额外中间环(84)，其中中间环(83)和至少一个额外中间环(87)的半径使生物载体所有环(81、82、83、87)的径向间隔距离相同。通过增加额外中间环，可以形成额外的空腔，从而增加微生物生长的表面积。

生物载体的空腔和表面积可以在最大程度上促进微生物的生长，其中叶片(86)的加入有助于形成新的生物质附着点，使浸没在待处理的水中的生物载体容器(3)内的生物载体在不断曝气、移动和摇动的情况下开始定殖。

这种生物载体的设计增加了表面积、空腔数量和流体动力学相互作用，以促进生物质的生长，降低生产成本，并实现本地化生产。

图6A、图6B、图7A和图7B显示了根据所示要素设计的生物载体实施例。图6A和6B显示了第一种生物载体(8A)，包括一个外环(81)、一个八角形的多边形内环(82)、一个位于所述多边形内环(82)和外环(81)之间的中间环(83)、一个位于中间环(83)和多边形内环(82)之间的额外中间环(87)、八条在外环(81)周围形成八个叶片(86)从多边形内环(82)的每个顶点伸出的弧形第一肋条(84)，以及八条分别位于中间环(83)和外环(81)之间的每对第一肋条(85)之间的弧形第二肋条(85)。以这种方式，第一种生物载体(8A)包括三十三个空腔和八个叶片(86)。图7A和7B显示了第二种生物载体(8B)，包括一个外环(81)、一个八角形的多边形内环(82)、一个位于所述多边形内环(82)和外环(81)之间的中间环(83)、八条在外环(81)周围形成八个叶片(86)从多边形内环(82)的每个顶点伸出的弧形第一肋条(84)，以及八条分别位于中间环(83)和外环(81)之间的每对第一肋条(85)之间的弧形第二肋条(85)。以这种方式，第二种生物载体(8B)包括二十五个空腔和八个叶片(86)。

装置(1)中使用的微生物可附着在塑料基质上生长，生物载体由高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乳酸制成。在实施例中，生物载体使用3D打印机制造。

实验结果：

生物载体设计：

测试中考虑的生物载体设计包括：第一种生物载体(8A)，称为版本1或V1，包括33个空腔和8个叶片；第二种生物载体(8B)，称为版本2或V2，包括25个空腔和8个叶片；第三种生物载体，称为K3，与市场上的生物载体设计相对应，如图8所示，包括19个空腔，不带叶片。三种所考虑的测试生物载体大小相同，第一种生物载体(8A)的空腔面积为6027mm²，第二种生物载体(8B)的空腔面积为5650mm²，K3生物载体的空腔面积为3309mm²。

总体而言，具有以下条件：

一、高密度聚乙烯材料的K3(或商用)生物载体：这种基质可在市面上获得。

二、聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的K3生物载体：使用聚对苯二甲酸乙二醇酯细丝通过3D打印获得基质，以便与其他条件进行比较。

三、聚乳酸材料的K3生物载体：使用聚乳酸细丝通过3D打印获得基质，以便与其他条件进行比较。

四、聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的生物载体版本1：使用聚对苯二甲酸乙二醇酯细丝通过3D打印获得基质，以便与其他条件进行比较。

五、聚乳酸材料的生物载体版本1：使用聚乳酸细丝通过3D打印获得基质，以便与其他条件进行比较。

六、聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的生物载体版本2：使用聚对苯二甲酸乙二醇酯细丝通过3D打印获得基质，以便与其他条件进行比较。

七、聚乳酸材料的生物载体版本2：使用聚乳酸细丝通过3D打印获得基质，以便与其他条件进行比较。

一般特征：

作为一般特征，测量了每种生物载体的体积、表面积和质量。

就体积而言，如图9A和9B所示，可以看出，在所有版本的生物载体中，商用K3(高密度聚乙烯)版本的体积最小。总的来说，K3版本(所有材料)的体积都小于V1和V2。在聚乳酸材料中，V1的体积与V2相同，但在聚对苯二甲酸乙二醇酯材料中，V1的体积明显较大。就材料而言，聚对苯二甲酸乙二醇酯材料比聚乳酸材料体积大。

就表面积而言，表1显示了3种所考虑的生物载体几何形状的空腔数和表面积，与K3相比，V1和V2的空腔数更多，特别是V1增加了73％，V2增加了31％，此外，与K3相比，新版本生物载体的表面积更大，其中V1增加了82％，V2增加了70％。

表1：生物载体的空腔数和表面积

就生物载体的质量而言，特征在于新设计V1和V2的表面积和体积的增加是否与生物载体质量的增加有关，这反过来又会影响其流体动力学特性。如图10A和10B所示，高密度聚乙烯商用K3生物载体是所有载体中最轻的，这是合理的，因为它是密度最小的材料(高密度聚乙烯为0.95g/cm3，聚乳酸为1.24g/cm3，聚对苯二甲酸乙二醇酯为1.27g/cm3)。

在新的生物载体设计中，对于V1和V2，使用聚对苯二甲酸乙二醇酯打印的生物载体比使用聚乳酸打印的生物载体(相同版本)重，这也可以根据材料的密度来解释。无论是聚乳酸还是聚对苯二甲酸乙二醇酯，V1生物载体的重量都高于V2，而V2的重量又高于打印的K3。这是因为V1具有最大的表面积，因此有更多的材料/打印单位。按照同样的逻辑，在表面积方面，排在V1之后的是V2，然后是K3。

总之，新型生物载体设计所追求的一个方面是增加表面积。理论表面积结果与体积结果有很好的相关性，结果发现新型生物载体设计的体积增大了。此外正如预期的那样，还发现随着新型生物载体表面积增加，每个生物载体的质量也随之增加，这可能会影响生物载体的流体动力学特性。流体动力学性能测试：

这些测试的目的是确定不同类型或版本的生物载体在流体动力学性能(即与水的相互作用)方面是否存在差异。

实验包括将10个相同类型的生物载体浸入有水和曝气的水池中，每种生物载体录制一分钟的视频，以观察其性能和移动。同一类型的生物载体重复进行10次，每种类型获得10个视频。这样一共进行了7次，即每种不同的生物载体设计进行一次，一共进行了70次测量。

在每次试验中，曝气量都保持不变。水池中的水量也保持不变。

测量的参数如下：

●浮动时间：指与气体接触，生物载体在水线中的时间。

●悬浮时间：指生物载体在水池中的悬浮时间，即不接触底部或水线的时间。

●底部时间：指生物载体在底部停留的时间。

●垂直旋转：指生物载体沿非圆周方向旋转，即围绕垂直于圆周的轴线旋转。

●顺时针旋转：指生物载体围绕其圆周轴线以顺时针方向进行的圆周旋转。

●逆时针旋转：指生物载体围绕其圆周轴线以逆时针方向进行的圆周旋转。

针对这些参数得出的结果如图11A至图16B所示。从结果中我们可以看出，如图11A和图11B所示，高密度聚乙烯商用K3生物载体大部分时间处于浮动状态，即处于与气体接触的上层水线，在水量区失去相互作用，在所有类型中旋转次数最少，悬浮时间最短，处于水层底部时间最短，如图12A至图13B所示。在比较相同材料的生物载体时，对于聚对苯二甲酸乙二醇酯来说，与聚对苯二甲酸乙二醇酯K3相比，聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的V1在水中的悬浮时间最长(图12B)，在水层底部的时间最短(图13B)。就垂直旋转而言，聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯打印的K3和V2设计没有显著差异(见图14A和14B)。与高密度聚乙烯商用K3相比，聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯的新设计V1和V2的顺时针圆周旋转更多(见图15A和15B)，而聚乳酸V2的旋转也多于聚乳酸K3，显示了新设计的改进(图15A)。就逆时针圆周旋转而言，聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯V2比高密度聚乙烯商用K3的性能更好(见图16A和16B)。在圆周旋转方面的改善得益于V1和V2中的叶片设计使其旋转，促进其在水中的移动。

总之，新设计V1和V2增加了生物载体的总体积和在水中的移动能力，与商用K3的几何形状相比有了改进，缩短了浮动时间，延长了悬浮时间，生物载体的垂直旋转和圆周旋转更多，验证了新设计V1和V2质量的增加不会影响这些生物载体的流体动力学性能。新设计V1和V2所取得的改进使生物载体与水之间产生了更大的相互作用，最大程度地增加了待处理水与生物载体之间的接触，并向微生物输送氧气，以促进其好氧代谢，从而促进水的净化过程。

定殖测试：

为此进行了一项测试，将原型生物载体类型在不同的烧瓶中分配。

在所有条件下，即在不同类型的生物载体上，加入来自之前已定殖的生物载体的微生物接种物，并加入生活灰水(来自洗衣)。每两周换水，并监测新生物载体上生物量的生长情况。3个月后，在持续曝气和每周换水的条件下进行培养。5周和3个月后，通过宏观观察、新鲜和干燥生物质定量(分析天平)、细菌密度定量(超声波降解和600nm光密度)和代谢活性定量(噻唑兰试验)对生物质进行评估。

就宏观观察而言，在比较同种生物载体(例如，三种不同材料的K3)时，我们可以看到聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乳酸的定殖更好。这表明商用K3(高密度聚乙烯)并不是生物滤池微生物生长的最佳选择，因为如图17A、17B和17C所示，在聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乳酸K3中观察到的生物质总量更大。

关于新设计，图18A和18B分别显示了聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乳酸V1的微生物生长情况，图19A和19B则显示了聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乳酸V2的微生物生长情况。可以看出，对于V1和V2，与商用K3相比，聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乳酸的微生物有更好的生长。

另一方面，如果只比较用聚乳酸制造的几何形状，我们可以发现，与聚乳酸K3几何形状相比，新版本(V1或V2)显示出更好的生长。就聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的生物载体而言，新设计V1比聚对苯二甲酸乙二醇酯K3显示出更好的定殖。叶片的增加可能有助于形成新的生物质附着点，有助于在生物载体在浸没于灰水中的生物滤池中不断曝气、移动和摇动的情况下定殖的开始。此外，新的V1和V2设计比K3设计的表面积更大，因此每单位生物载体有更多的表面积可供微生物发展和生长。关于新鲜和干燥生物质的量化，生物质的总量是通过高精度分析天平进行量化的。为此，通过超声波降解、涡旋和离心将微生物从生物载体中分离出来。测量新鲜微生物颗粒和在65℃下48小时干燥微生物颗粒的重量。

图20A中的结果显示，与商用K3生物载体(高密度聚乙烯)相比，使用任何几何形状的聚乳酸时，新鲜生物质都显著增加，即聚乳酸材料对生物质的鲜重有积极影响。此外，与聚乳酸K3相比，V1获得的新鲜生物质明显更高，即几何形状的改变也对该参数产生了积极影响。就聚对苯二甲酸乙二醇酯而言，如图20B所示，与商用K3相比，所有几何形状的新鲜生物质都明显较高。对于聚乳酸生物载体的干燥生物质，如图21A所示，与商用K3生物载体(高密度聚乙烯)相比，新的几何形状V1和V2获得了更多的生物质，但聚乳酸K3不是这样。与其他组相比，V1获得的干燥生物质最多。就聚对苯二甲酸乙二醇酯生物载体的干燥生物质而言，如图21B所示，与商用K3相比，所有几何形状都显著增加了生物质干重。总之，新的几何形状对生物质产生了积极影响，其中V1的影响最大，让新鲜生物质和干燥生物质的增长都有了明显改善。

关于细菌密度(OD600)的定量，在前段所述的获得过程之后，测量了悬浮在磷酸盐缓冲生理盐水缓冲溶液中的微生物在600nm的吸光值。图22A显示，与聚乳酸K3生物载体相比，生物载体V1和V2中的微生物密度更高，而与商用K3相比，由于材料(聚乳酸)和生物载体V1和V2的新几何形状，也有所改善。就聚对苯二甲酸乙二醇酯而言，图22B显示，与商用K3生物载体相比，三种聚对苯二甲酸乙二醇酯生物载体的细菌密度更高，这是新材料带来的改进；不过，在使用不同的生物载体几何形状时，结果并没有显示出显著差异。

就代谢活性而言，通过测量在570nm处的吸光值进行了噻唑兰还原试验。图23A显示，与商用K3和聚乳酸K3生物载体相比，聚乳酸材料V1和V2生物载体具有更高的活性，其中，用聚乳酸制造的K3生物载体与商用K3生物载体在代谢活性方面没有明显差异。相应地，聚乳酸V1的代谢活性比聚乳酸V2显著提高，这表明V1相同的几何形状促进了生物载体更高的代谢率。从图23B中可以看出，聚对苯二甲酸乙二醇酯K3生物载体的活性与高密度聚乙烯商用K3相比没有显著差异，而新的V2和V1几何形状的活性与高密度聚乙烯商用K3相比有显著提高。因此，与商用生物载体相比，V1和V2生物载体新的几何形状具有更好的代谢活性，而与聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯打印K3相比，V2的几何形状具有更高的代谢活性。

另一方面，聚乳酸制造的V1的几何形状提高了生物载体的功能，与用聚乳酸制造的K3几何形状相比，其新鲜生物质、干燥生物质、细菌密度和代谢活性都更高。因此，在比较同一材料的不同几何形状时，可以证实V1几何形状本身有利于生物质的生长，从而提高生物载体的功能，而不受材料影响。

总之，通过图像、鲜重和干重以及细菌密度来评估，与商用K3的几何形状相比，生物载体V1和V2的设计都能显著提高微生物的生物质生长，从而提高新陈代谢活性，有利于水的过滤过程。

水质测试：

为了测量生物过滤水的质量，采用了与生物质测量相同的实验环境，考虑到生物质总共3个月的生长、持续曝气、每周更换灰水，在不同烧瓶按以下情况分配原型生物载体类型：

1.高密度聚乙烯材料的K3(或商用)生物载体

2.聚乳酸材料的K3生物载体

3.聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的K3生物载体

4.聚乳酸材料的版本1生物载体

5.聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的版本1生物载体

6.聚乳酸材料的版本2生物载体

7.聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的版本2生物载体

从每个烧瓶中抽取200ml水用于测量水质参数：除浊率和化学需氧量去除率。

图24A和24B所示的水污染程度质量参数是通过与第零天(未经处理的水)相比的除浊率来测量的，我们观察到，与高密度聚乙烯商用K3相比，用聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的V1和V2新设计的除浊率更高，处理24小时后的除浊率超过80％。在除浊率方面，与用相同材料制造的V1和V2相比，在聚乳酸K3生物载体和高密度聚乙烯K3生物载体之间，没有发现明显差异，所有组的除浊率都很高。

最后，对相对于第零天的化学需氧量去除率进行了量化，以测量水中的有机物，如图25A和图25B所示。与商用K3相比，所有版本的聚乳酸生物载体在化学需氧量去除率方面都有显著改善。也就是说，这种材料在去除有机物方面有积极影响。就聚对苯二甲酸乙二醇酯生物载体而言，与高密度聚乙烯K3和聚对苯二甲酸乙二醇酯K3相比，聚对苯二甲酸乙二醇酯V2的化学需氧量去除率显著提高，表明V2的几何形状对有机物去除有积极影响。

这些水质测量结果证实，与商用K3的几何形状相比，聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯V2和聚乳酸V1新型设计可改善水质，除浊率和化学需氧量去除率更高，从而提高水过滤过程的效率。

此外，还在实地测量了水质，使用的是一个2000升的净化系统，包括一个1000升的水池，内有过滤和净化装置(水池1)、一个1000升的水池，用于水的后处理(水池2)，以及一个水泵和一个加氯机，用于将水从水池1输送到水池2，并对水进行加氯处理。过滤后的灰水来自淋浴、洗手和洗衣，用于灌溉和厕所冲水。水样是在使用本发明装置进行处理14小时后采集的，结果如表2所示。

表2：一个包括水过滤和净化装置的净水系统的水质测量结果

Claims (45)

1.一种废水过滤和净化的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括：

·用于收集待处理水的水池(2)，水池(2)包括一个用于引入待处理的水并在水经过过滤和净化后将其排出的进口或开口(5)；

·生物载体容器(3)，生物载体容器(3)位于水池(2)内，包括多个生物载体，生物载体载有生长的微生物，所述微生物负责净化水；

·曝气装置，曝气装置用于在水池内提供氧气以促进微生物的好氧代谢、防止出现恶臭。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于：生物载体容器(3)包括由透水性材料制成的具有相对的上端和下端的细长主体(31)，以及在下端的连接装置(33)，连接装置(33)用于与曝气装置连接。

3.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于：生物载体容器(3)的上端包括固定装置(32)，固定装置(32)用于将生物载体容器(3)固定或安装在水池(2)上，使生物载体容器(3)悬浮在水池(2)内，不与池壁接触，并与其开口(5)对齐。

4.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于：固定装置(32)包括至少两个位于生物载体容器(3)主体(31)上端的拉条(321)、至少两个由支撑带(323)组成的固定元件(322)，支撑带(323)的两端包括快速连接器(324)，快速连接器(324)分别连接到拉条(321)和水池(2)的开口(5)。

5.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于：支撑带(323)具有固定长度，以确定固定的悬浮高度，或具有可变或可调长度，以改变生物载体容器(3)在水池(2)内的位置。

6.根据权利要求4或5所述的装置(1)，其特征在于：支撑带(323)包括位于支撑带的端部处的用于附接快速连接器(324)的环。

7.根据权利要求4至6所述的装置(1)，其特征在于：快速连接器(324)由不锈钢材料制成。

8.根据权利要求2至7所述的装置(1)，其特征在于：生物载体容器(3)的主体(31)是由多孔材料织物制成的袋。

9.根据权利要求8所述的装置(1)，其特征在于：多孔材料织物由再生织物或基于植物的材料制成。

10.根据权利要求2至9所述的装置(1)，其特征在于：生物载体容器(3)的主体(31)的形状是圆柱形的，并且在每个端部处包括环以保持主体的形状。

11.根据权利要求10所述的装置(1)，其特征在于：生物载体容器(3)的主体(31)的每个端部处的环由聚乙烯管或不锈钢材料制成。

12.根据权利要求2至11所述的装置(1)，其特征在于：生物载体容器(3)的主体(31)包括一个封闭件(311)，用于通往主体(31)内部放置和/或更换生物载体。

13.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于：曝气装置包括连接到生物载体容器(3)底部的气体扩散环(4)、与气体扩散环(4)一端连接的气体软管(6)，其中气体软管(6)从水池(2)引出，使气体扩散环(4)另一端连接到微型气体压缩机，通过气体扩散环(4)将气体注入水池(2)内部。

14.根据权利要求13所述的装置(1)，其特征在于：气体扩散环(4)包括环形支架，环形支架与圆形扩散软管相连，从圆形扩散软管中喷出微气泡，向水池(2)内部供氧，以促进微生物的好氧代谢，并且防止产生恶臭。

15.根据权利要求13或14所述的装置(1)，其特征在于：扩散环(4)通过主体(31)的底端处的连接装置(33)连接到生物载体容器(3)上。

16.根据权利要求15所述的装置(1)，其特征在于：连接装置(33)至少包括支撑带(331)，其中，所述带的一端附接至生物载体容器(3)的下端，并且所述带的另一端连接至气体扩散环(4)。

17.根据权利要求16所述的装置(1)，其特征在于：连接装置(33)使用在支撑带(331)的每个端部处的钩子(332)而连接至气体扩散环(4)。

18.根据权利要求17所述的装置(1)，其特征在于：所述支撑带(331)包括位于所述支撑带的端部处的用于定位所述钩子(332)的环。

19.根据权利要求16或17所述的装置(1)，其特征在于：钩子(332)由不锈钢制成。

20.根据权利要求15所述的装置(1)，其特征在于：连接装置(33)使用线缆扎带连接至气体扩散环(4)。

21.根据权利要求13至20所述的装置(1)，其特征在于：气体软管(6)的一部分通过至少一个横向销(34)连接到生物载体容器(3)上，横向销(34)靠近所述生物载体容器(3)的底部和顶部，从而使所述空气软管(6)的一部分与生物载体容器(3)的纵轴平行。

22.根据权利要求2至12所述的装置(1)，其特征在于：水池(2)的开口(5)包括用于固定所述固定装置(32)的安装或锚固的至少两个安装钩(51)。

23.根据权利要求22所述的装置(1)，其特征在于：所述安装钩(51)由不锈钢材料制成。

24.根据权利要求1至23所述的装置(1)，其特征在于：水池(2)是竖直地布置的圆柱形，其中，开口(5)位于圆柱体的上表面中。

25.根据权利要求1至23所述的装置(1)，其特征在于：水池(2)是水平地布置的圆柱形形状，其中，开口(5)位于水池(2)的与圆柱体的弧形表面或主体对应的顶部处。

26.根据权利要求1至22所述的装置(1)，其特征在于：水池(2)进一步包括在开口(5)中的保护装置，以防止异物或污染物进入。

27.根据权利要求26所述的装置(1)，其特征在于：开口(5)中的保护装置是盖子(7)。

28.根据权利要求1至27所述的装置(1)，其特征在于：多个生物载体包括：

·圆柱形外环(81)；

·与外环(81)同心并且位于外环(81)中心的多边形内环(82)；

·与多边形内环(82)和外环(81)同心且位于多边形内环(82)和外环(81)之间的中间环(83)；

·其中，从多边形内环(82)多边形的每个顶点伸出的弧形第一肋条(84)将生物载体的所有环(81、82、83)连接起来，每个第一肋条(84)进一步从外环(81)向外伸出，在外环(81)周围形成叶片(86)；以及

·在每对第一肋条(84)之间有弧形第二肋条(85)，弧形第二肋条(85)连接在中间环(83)的外壁和外环(81)的内壁之间。

29.根据权利要求28所述的装置(1)，其特征在于：多个生物载体还包括位于中间环(83)和多边形内环(82)之间的至少一个额外中间环(87)。

30.根据权利要求29所述的装置(1)，其特征在于：所述中间环(83)和至少一个额外中间环(87)的半径使得生物载体的所有环(81，82，83，87)径向地间隔开相同的距离。

31.根据权利要求28至30所述的装置(1)，其特征在于：多边形内环(82)的形状是八边形的。

32.根据权利要求1至31所述的装置(1)，其特征在于：多个生物载体由高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乳酸制成。

33.根据权利要求1至32所述的装置(1)，其特征在于：进一步包括在开口(5)之前或在开口处的预过滤，用于在待处理的水进入水池(2)之前或在水经过生物过滤后进行处理之后去除水中的悬浮颗粒和固体。

34.根据权利要求1至33所述的装置(1)，其特征在于：进一步包括用于将待处理的水从其水源引导至收集水池(2)的连接装置。

35.根据权利要求1至34所述的装置(1)，其特征在于：进一步包括与用于储存经过处理或生物过滤的水的后处理水池相连的连接装置。

36.根据权利要求1至35所述的装置(1)，其特征在于：进一步包括至少一个水泵，以便于将待处理的水分别供应至水池(2)和将净化后的水从水池中排出。

37.根据权利要求1至36所述的装置(1)，其特征在于：进一步包括实时监测系统，实时监测系统允许通过集成在集中电路中的传感器测量水质参数并控制装置(1)的运行。

38.根据权利要求37所述的装置(1)，其特征在于：监测系统进一步包括计时器，以用于建立不同的曝气周期(开/关)以控制水净化时间。

39.根据权利要求1至38所述的装置(1)，其特征在于：水池(2)包括出口或排放口，出口或排放口与入口或开口(5)分离、用于引出过滤和净化后的水。

40.根据权利要求1至39所述的装置(1)，其特征在于：水池(2)中的生物载体数量为每1000升待处理的水至少1公斤生物载体。

41.一种用于废水过滤和净化的微生物生长的生物载体，其特征在于，包括：

·圆柱形外环(81)；

·与外环(81)同心并且位于外环(81)中心的多边形内环(82)；

·与多边形内环(82)和外环(81)同心且位于多边形内环(82)和外环(81)之间的中间环(83)；

·其中，从多边形内环(82)多边形的每个顶点伸出的弧形第一肋条(84)将生物载体的所有环(81、82、83)连接起来，每个第一肋条(84)进一步从外环(81)向外伸出，在外环(81)周围形成叶片(86)；并且

·在每对第一肋条(84)之间有弧形第二肋条(85)，它连接在中间环(83)的外壁和外环(81)的内壁之间。

42.根据权利要求41所述的生物载体，其特征在于：还包括位于中间环(83)和多边形内环(82)之间的至少一个额外中间环(87)。

43.根据权利要求42所述的生物载体，其特征在于：中间环(83)和至少一个额外中间环(87)的半径使生物载体所有环(81、82、83、87)的径向间隔距离相同。

44.根据权利要求41至43所述的生物载体，其特征在于：所述多边形内环(82)的形状是八边形的。

45.根据权利要求41至44所述的生物载体，其特征在于：生物载体由高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乳酸制成。