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。
技术实现要素：
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。
与现有技术相比，该实用新型具有以下有益效果：
1)通过采用臭氧和超声波相结合的方式进行灭菌，一方面能够改善灭菌的效果，同时通过两者的相互作用能够减少能耗，另一方面超声波能够促进臭氧的分解，减少臭氧的排放，起到了环境保护的作用；
2)采用气液混合泵，使臭氧均匀地分散在待灭菌的液体中，增大了气水界面(即气体与液体的接触面积)，改善了臭氧的灭菌效果，也降低了能耗；
3)进液口的偏心设置使液体在进入到反应罐后具有更大波动，增加了臭氧气泡与空穴的接触，从而扩大臭氧作用域并增强了微气泡破裂时的势能。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个优选实施例的反应罐的主视图
图2是根据本实用新型的一个优选实施例的反应罐的A-A视图
图3是根据本实用新型的一个优选实施例的反应罐的反应罐的立体图
图4是根据本实用新型的一个优选实施例的超声波变幅杆的部分视图
图5是根据本实用新型的一个优选实施例的原理图
具体实施方式
以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1-5所示的一种基于超声强化臭氧氧化的灭菌装置包括反应罐1、多个超声波振动棒2、气液混合泵6和臭氧发生器7，所述反应罐1包括位于反应罐1下部的进液口4和位于反应罐1底部的出液口5，所述气液混合泵6的输出口与进液口4连通，所述出液口5与外部的用水设备连接。待灭菌的液体从所述气液混合泵6的进水口流入，所述臭氧发生器7的出气口与气液混合泵6连通，在所述气液混合泵6中臭氧和待灭菌的液体混合，具体地，在气液混合泵6的叶轮将臭氧分割成细小的气泡充分混合在待灭菌的液体中。优选地，混合后的臭氧的气水比为0.2～0.3mg/L，所述进液口4的气液流速为1.5～1.7m/s，反应罐1的罐体高径比为2.2～2.5:1，水力停留时间为10～15秒，能够进一步降低能耗，并达到更好的处理效果。
所述进液口4相对液体进入到于反应罐1的轴线偏心设置，这样当液体从进液口4进入到反应罐1时具有更大的波动进而能够使更多的液体直接与超声波振动棒2接触，从而达到更好的灭菌效果。
在反应罐1内还设置有沿其轴线方向延伸的导筒8，所述导筒8的下端固定在反应罐1的底部，所述导筒8的上端延伸到反应罐1的靠近顶部的位置处，所述出液口5在反应罐1的底部上的位置与导筒8的下端在反应罐1的底部上的位置对应，从进液口4进入的液体只能从导筒8的上端进入到导筒8内，然后流经导筒8的下端从出液口5流出。在所述导筒8内设置有所述超声波振动棒2进而增加了待灭菌液体与超声波振动棒2接触的机会，进一步改善了灭菌效果。
每个所述超声波振动棒2包括一端从反应罐1顶端插入到底部的变幅杆22和与变幅杆22顶端连接的超声波换能器21，超声波换能器21通过变幅杆22将超声波传递到反应罐1中。所述超声波振动棒2的工作原理属于现有技术，此处不再详述。所述超声波换能器2115kHz～20kHz的低频声波。在所述导筒8内至少设置有一个超声波振动棒2的变幅杆22。
所述变幅杆22的表面设置有多个环形凸起23，所述环形凸起23增加了变幅杆22与液体的接触面积进而能够进一步增加灭菌的效果。所述变幅杆22的功率密度(指单位面积的变幅杆向水中辐射的能量大小)为1.5W/cm2。
所述超声波振动棒2具有多个，通过多个超声波振动棒2能够进一步提高灭菌效果。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。