[实用新型]一种基于超声强化臭氧氧化的灭菌装置

说明书

本实用新型公开了一种基于超声强化臭氧氧化的灭菌装置，包括具有进液口和出液口的反应罐、插入到反应罐中的超声波振动棒和臭氧发生器，所述臭氧发生器的出气口通过管道与进液口连通，待灭菌的液体也通过管道与进液口连通。该装置提高了灭菌效果，同时降低了能耗。

技术领域

本实用新型涉及超声波和臭氧的灭菌领域，尤其涉及一种基于超声强化臭氧氧化的灭菌装置。

背景技术

臭氧因具有很强的氧化能力(氧化还原电位可达到2.07V)，反应时间短，能氧化水中大部分有机物等优点，常被作为高级氧化技术(AOPs)的核心技术，臭氧也能够通过氧化破坏细胞膜，具有很强的杀菌能力。

超声波在其传播过程中会产生一系列的效应，当一定强度的超声波作用于液体时，会产生大量空化气泡，并随声波变化而改变大小并瞬间破灭形成空化现象。空化作用可对微生物细胞个体瞬间产生高温(5000k)高压(5.0x104kPa)和强剪切力，使之失活。

虽然单一的臭氧工艺可实现杀菌，但是臭氧的灭菌效果决定于其浓度和气水界面，高浓度的臭氧需要复杂和高运行成本的设备来实现，并且由于臭氧极强的氧化作用和非靶向作用的特点，极易形成副产物从而造成二次污染，因此在采用臭氧灭菌的过程中需要解决如何减少逸出的臭氧、如何增大传质界面的问题。

常见的超声反应器有清洗槽式反应器和变幅杆式反应器，槽式反应器中待处理液停留时间长，反应器体积较大，易形成短流和死区，无法获得较高的声强，声波反射严重；变幅杆式反应器作用域小，探头表面因集中空化易腐蚀。

超声反应器的灭菌效果决定于其声波的能量输出大小(声场强度)和空化(气穴)作用的空间大小(声场均匀性)。高频超声(>200kHz)由于电源、震板等技术问题，设备昂贵，稳定性较低，无法像低频超声(<200kHz)那样在工业化时制成高功率设备，虽然低频超声直接氧化能力较高频超声弱，但高强声场和高性价比的能量输出非常适合联用其他氧化工艺(如臭氧)实现强化杀菌效果。

现有反应器介于推流式(Plug flow)反应器和完全混合式反应器(CSTR)之间，在实现高效气液传质和液液传质的前提下，如何减小反应器停留时间、死区和短流是反应器设计的主要目标。对于臭氧反应器的设计难点是提高气液传质效率，并同时增大臭氧与灭菌目标的接触几率；而对于超声反应器的设计难点是声场的均匀化，以及灭菌目标与空化域的接触几率。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于超声强化臭氧氧化的灭菌装置，采用臭氧灭菌和超声波灭菌相结合，利用两者的优点，不仅能够达到更好的灭菌效果，还能够实现节能等效果。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于超声强化臭氧氧化的灭菌装置，其特征在于，包括具有进液口和出液口的反应罐、插入到反应罐中的超声波振动棒、臭氧发生器以及内部具有可旋转的叶轮的气液混合泵，所述气液混合泵的输出口与进液口连通，所述臭氧发生器的出气口通过管道与气液混合泵连通，所述待灭菌的液体也通过管道与气液混合泵连通。

优选地，所述进液口设置在反应罐的下部，所述出液口设置在反应罐的底部，在反应罐内还设置有导筒，所述导筒的下端固定在反应罐的底部并与出液口对应，上端延伸到靠近反应罐的顶部，所述出液口通过导筒的上端的开口与进液口连通。

优选地，在所述导筒内至少设置有一个超声波振动棒。

优选地，所述进液口相对于反应罐的轴线偏心设置。

优选地，所述超声波振动棒包括从反应罐顶部插入到底部的变幅杆和固定在变幅杆顶部的超声波换能器，所述变幅杆位于反应罐中的部分的表面设置多个环形凸起。

优选地，所述超声波振动棒具有多个。

优选地，所述反应罐沿轴向方向上的高度和直径的比为2.2～2.5:1。