CN108941041A - 一种基于微纳米氧化性气核的超声波清洗杀菌方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于微纳米氧化性气核的超声波强化清洗杀菌方法，基于一清洗杀菌装置，该装置包括：灭菌清洗槽、超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统、进出水系统、控制系统；该方法包括以下步骤：步骤一、喷淋漂洗；步骤二、微纳米氧化性气核与溶液充分混合；步骤三、超声波协同氧化性气核清洗灭菌处理；步骤四、溢水口排污；步骤五、二次喷洗；步骤六、清洗完成。本发明的清洗灭菌工艺可有效融合微纳米氧化性气核灭菌和超声波灭菌清洗，使处理效果更彻底，不仅能有效清油去污，还能去除果蔬表面的残留农药，杀灭细菌，微纳米气核为超声空化作用提供了更多的气泡核，有效降低了液体的空化阈值。

Description

一种基于微纳米氧化性气核的超声波清洗杀菌方法

技术领域

本发明涉及功率超声波应用技术领域，特别涉及一种基于微纳米氧化性气核的超声波清洗杀菌方法。

背景技术

超声波清洗已广泛应用于诸多领域，特别是对于一些表面比较复杂的工件，例如一些表面凹凸不平、有盲孔的机械零部件，再例如一些特别小而对清洁度有较高要求的产品，如：钟表和精密机械的零件、电子元器件、电路板组件等，使用超声波清洗能使这些工件或产品的清洁度达到很理想的效果。此外，超声波也是一种有效的辅助灭菌方法，已经成功用于废水处理、饮用水消毒等领域，在液体食品灭菌中的应用也有较多的应用，如啤酒、橙汁、酱油等。

一般认为，超声波具有的清洗和杀菌效力主要由其产生的空化作用所引起的。超声波处理过程中，当高强度的超声波在液体介质中传播时，产生纵波，从而产生交替压缩和膨胀的区域，这些压力改变的区域易引起空穴现象，并在介质中形成微小气泡核。微小气泡核在绝热收缩及崩溃的瞬间，会瞬间产生高温高压和微射流。空化泡溃灭的微射流不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的。这种高温高压效应，也会使液体中某些细菌和病毒中的蛋白失活，甚至使体积较小的一些微生物的细胞壁破损。然而，单一的超声清洗灭菌存在作用范围有限，清洗灭菌不彻底等问题。

研究表明，在超声清洗灭菌过程中，通入臭氧等气体可有效提高清洗灭菌效果，但仍存在清洗灭菌效率低、不彻底、能量损耗大等问题。目前，超声设备中加入普通的臭氧等气泡直径一般在0.5mm～5mm，为毫米量级的大气泡，在超声场作用下，该类气泡以发生稳态空化为主，气泡在水中持续震荡，阻碍了声能量的传播，同时，气泡的振动也会消耗声能量。另一方面，超声辐射下会增加氧化性气泡上升的速度，气泡上升在液体表面破裂，带走了大量的声能量。

因此，在超声场中加入普通的气泡会增加声能损耗，削弱超声空化效应。此外，超声波清洗时会使水温升高，气体在水中的溶解度降低，提高了液体的空化阈值。另外，超声辐射会加速气泡上升并在液体表面破灭逸散，导致灭菌气泡在液体中的作用时间减少，在一定程度上削弱灭菌作用。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种基于微纳米氧化性气核的超声波清洗杀菌方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于微纳米氧化性气核的超声波强化清洗杀菌方法，基于一清洗杀菌装置，该装置包括：灭菌清洗槽、超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统、进出水系统、控制系统；

其中，微纳米氧化性气核发生系统包括氧化性气体供给模块、其他气体供给模块、气体浓度混合与控制模块、微纳米气泡发生模块；

超声波系统包括超声波换能器和超声波发生模块，超声波换能器粘贴在灭菌清洗槽底部，并通过电线与超声波发生模块连接；

气体浓度混合与控制模块的进气口与氧化性气体供给模块和其他气体供给模块的出气口通过输气管相连接，气体浓度混合与控制模块将氧化性气体与空气或者其他气体混合产生具有所需浓度的氧化性气体流，气体浓度混合与控制模块的出气口通过输气管与微纳米气泡发生模块连接；

微纳米气泡发生模块分别通过液体管道和气液混合体管道与灭菌清洗槽连接，液体管道口设置在清洗槽侧壁底部，气液混合体管道口设置在清洗槽侧壁上侧；灭菌清洗槽内的液体通过液体管道输出到微纳米气泡发生模块，微纳米气泡发生模块通过气液混合体管道向灭菌清洗槽输出含有微纳米气泡的气液混合液；

灭菌清洗槽侧壁上设置喷头，由进水电磁阀控制喷水；排水口设置在灭菌清洗槽底部，由出水电磁阀控制排水；灭菌清洗槽侧壁上还设置有液位传感器，用于监测水位高度，将水位信息传送到控制系统；

控制系统对超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统以及进出水系统进行控制；

所述微纳米气泡发生模块生成的微纳米气核的粒径小于10um，所述氧化性气体供给模块供应单一氧化性气体或者多种氧化性气体的混合气体，所述其他气体供给模块供应空气、或者单一惰性气体、或者多种惰性气体的混合气体、或者空气与一种或多种惰性气体的混合气体；

所述方法利用超声空化效应和超声波引起的高速振荡以及氧化性微纳米气核进行清洗灭菌操作，包括以下步骤：

步骤(一)，控制进水电磁阀和出水电磁阀开启，超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统不开启，在水压作用下，灭菌清洗槽壁上配置的喷头对清洗物进行喷淋漂洗；

步骤(二)，出水电磁阀关闭，进水电磁阀继续开启，液位传感器检测到指定液位时，关闭进水电磁阀，开启微纳米氧化性气核发生系统及相应的气液混合体管道口，在预设时间内循环处理灭菌清洗槽内的溶液，实现微纳米氧化性气核与溶液充分混合；

步骤(三)，当灭菌清洗槽内溶液的氧化性气体含量达到指定要求后，启动超声波发生模块，同时保持微纳米氧化性气核发生系统开启，循环处理槽内溶液，维持溶液中的气体含量；超声空化和微纳米氧化性气核协同作用，达到预设时间后，关闭超声波发生模块和微纳米氧化性气核发生系统及相应的气液混合体管道口；

步骤(四)，打开进水电磁阀，喷头向灭菌清洗槽中喷入干净水源，液位升高后将漂浮在液面上的污物从溢流口直接排出；

步骤(五)，打开出水电磁阀开始排水，同时保持进水电磁阀开启，进行二次喷淋漂洗；

步骤(六)，第二次喷淋漂洗结束，进水电磁阀关闭，清洗完成。

可选地，在所述步骤(一)之前，需要提前在所述控制系统上设定喷淋漂洗时间、微纳米氧化性气核与溶液充分混合时间、超声波协同氧化性气核清洗灭菌处理时间、溢水口排污时间和二次喷淋时间，以及处理过程中的液位高度。

可选地，所述步骤(二)中，微纳米氧化性气核与溶液混合时间需根据槽内溶液的体积、微纳米气泡发生模块的循环速度以及溶液中所需的氧化性气体浓度共同确定。

可选地，所述步骤(二)中，还包括：采用0.5mm～5mm大气泡对灭菌清洗槽供应第一预设时间，第一预设时间是所述预设时间总用时的20％～40％，然后，微纳米气泡发生模块再产生微纳米气核对灭菌清洗槽供应第二预设时间，第一预设时间与第二预设时间之和是所述预设时间的总用时。

可选地，当需要产生0.5mm～5mm大气泡时，控制系统控制微纳米气泡发生模块停止对氧化性气体流与液体切割，通过气体供给部进入到微纳米气泡发生模块的气体流与通过液体管道进入到微纳米气泡发生模块的液体流混合后，直接通过气液混合体管道输送到灭菌清洗槽中。

可选地，当需要产生0.5mm～5mm大气泡时，将气体浓度混合与控制模块的输出口通过输气管直接连接到灭菌清洗槽，直接对清洗液输入氧化性气体流。

可选地，所述方法还包括多种清洗灭菌处理模式；

模式一：关闭微纳米气泡发生模块，单独进行超声波清洗灭菌处理；

模式二：同时开启微纳米气泡发生模块和超声波发生模块，进行超声波协同微纳米氧化性气核清洗灭菌处理；

模式三：关闭超声波发生模块，单独进行微纳米氧化性气核灭菌处理；

根据需求，选择单一的处理模式；或者，选择三种处理模式依次进行，并控制三种模式处理的时间和顺序；或者，选择模式一和模式三交替进行。

可选地，所述模式三中，还包括毫米级氧化性气核与微纳米氧化性气核交替灭菌处理，产生0.5mm～5mm大气泡对灭菌清洗槽供应第三预设时间，第三预设时间是模式二总用时的20％～40％，然后，微纳米气泡发生模块再产生微纳米气核对灭菌清洗槽供应第四预设时间，第三预设时间与第四预设时间之和是所述模式二的总用时。

可选地，在所述步骤(三)后，若清洗灭菌效果不佳，根据需要加强处理的方面，调整相应的参数设置；

对于清洗工件表面污垢不彻底的情况，首先增大超声波发生模块中的输入功率，根据进一步处理的效果，再调节微纳米气泡发生模块，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量；

对于清洗产品表面油渍不彻底的情况，首先调节微纳米气泡发生模块，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，根据进一步处理的效果，再增大超声波发生模块中的输入功率；

对于清洗产品表面灭菌不彻底的情况，同时调节微纳米气泡发生模块以及超声波发生模块，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，增大超声波发生模块中的输入功率；

对于清洗产品表面灭菌不彻底的情况，先通过微纳米气泡发生模块向灭菌清洗槽供应毫米级氧化性气核，如果灭菌效果还不彻底，再调节微纳米气泡发生模块以及超声波发生模块，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，增大超声波发生模块中的输入功率。

本发明的有益效果是：

(1)有效结合了超声波、氧化性气体及微纳米气泡多种清洗杀菌作用，该装置中微纳米气核为超声空化作用提供了更多的气泡核，有效降低了液体的空化阈值；

(2)同时，超声辐射下大量气核携带氧化性气体分子迅速生长、溃灭，产生更好的清洗效果，气泡溃灭所产生的局部高温高压和微射流，进一步激活氧化性气核的杀菌消毒作用；

(3)可显著降低声能损耗，提高超声空化效应，同时减少氧化性气体的使用量，增强氧化性气体的灭菌效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为清洗杀菌装置的一个可选实施结构示意图；

图2为清洗杀菌装置的微纳米气泡发生模块的一个可选实施结构示意图；

图3为本发明的基于微纳米氧化性气核的超声波清洗杀菌方法的一个可选实施流程图；

图中：1箱体；2控制系统；3气体浓度混合与控制模块；4氧化性气体供给模块；5输气管；6其它气体供给模块；7微纳米气泡发生模块；8超声波发生模块；9液体管道；10气液混合体管道；11液位传感器；12灭菌清洗槽；13进水电磁阀；14出水电磁阀；15溢水口；16溢水管；17超声波换能器；18进水管；19排水管；20气液混合体管道口；21气体供给部；22旋转流；23空心部；24吐出部；25气体负压轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了清洗杀菌装置的一个可选实施例。

该可选实施例中，所述清洗杀菌装置包括：灭菌清洗槽、超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统、进出水系统、控制系统等组成。其中，微纳米氧化性气核发生系统包括氧化性气体供给模块4、空气等其他气体供给模块6、气体浓度混合与控制模块3、微纳米气泡发生模块7。

由于控制系统、超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统有较高的防水要求，因此，所述装置用防水板将上述系统与灭菌清洗槽12隔开，将箱体分成两部分，控制系统、超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统设置在防水一侧，灭菌清洗槽12和进出水系统设置在另一侧。

超声波系统包括超声波换能器17和超声波发生模块8，超声波换能器17粘贴在灭菌清洗槽12底部，并通过电线与超声波发生模块8连接，超声波发生模块设置在防水一侧，可通过超声波发生模块调节输入到灭菌清洗槽12的超声波的功率。

氧化性气体供给模块4中生成氧化性气体，其他气体供给模块6提供空气等其他所需气体，气体浓度混合与控制模块3的进气口与氧化性气体供给模块4和其他气体供给模块6的出气口通过输气管5相连接，气体浓度混合与控制模块3将氧化性气体与空气或者其他气体混合，将具有氧化性气体与空气、惰性气体或其他气体混合产生具有所需浓度的氧化性气体流，气体流在微纳米气泡发生模块7被高速旋转剪切后以微纳米气核的形式悬浮于清洗液中。可选地，氧化性气体的种类可根据需要确定，如臭氧、环氧乙烷等。微纳米气核的气体可以是单一氧化性气体，或多种氧化性气体联用，或氧化性气体与空气或惰性气体混合联用。

气体浓度混合与控制模块3与气体供给模块4和其他气体供给模块6的进气口连接处均设置流量计，通过流量计上的调节阀可以控制流经气体浓度混合与控制模块3进气口的气体流量，根据清洗灭菌需求调节气体进入流量和比例。

可选地，清洗果蔬，以通入臭氧气体为主，同时配合进入微纳米气泡发生模块7中的液体流量，控制输出的气液混合体中臭氧气体的体积含量在6％～9％。

可选地，清洗餐具的油渍等，可按照臭氧和空气气体比例1:1通入，根据杀菌需求调整混合气体中的臭氧含量。

可选地，清洗工业工件或产品的污垢、灰尘等，只需通入空气或其他惰性气体，同时配合进去微纳米气泡发生模块7中的液体流量，控制输出的气液混合体中气体体积含量在10％～30％，为超声空化提供充足的空化核，同时也不会因气泡含量增多造成声衰减，增强超声处理效果。

气体浓度混合与控制模块3的出气口通过输气管与微纳米气泡发生模块7连接。微纳米气泡发生模块7分别通过液体管道9和气液混合体管道10与灭菌清洗槽12连接，液体管道口设置在清洗槽侧壁底部，气液混合体管道口20设置在清洗槽侧壁上侧，气液混合体管道口10可设置多个，例如图1中气液混合体管道口10的数量为2个，分别设置在相对的两个侧壁，并且可单独控制开启或关闭。

灭菌清洗槽12内的液体可通过液体管道9输出到微纳米气泡发生模块7，微纳米气泡发生模块7通过气液混合体管道10向灭菌清洗槽12输出含有微纳米气泡的气液混合液。

如图2所示，微纳米气泡发生模块7采用旋回涡流方式将氧化性气体流与液体高速切割产生微纳米氧化性气核。通过气体供给部21进入到微纳米气泡发生模块7的气体流与通过液体管道9进入到微纳米气泡发生模块7的液体流混合，气液混合流体进入空心部23旋转，比重差异使气体在中心轴形成气体负压轴25，负压气体轴的气体通过外部液体和内部高速旋转液体之间缝隙时被切断产生微纳米气泡，在吐出部24输出微纳米氧化性气核，微纳米气核的粒径在10um以下，所述内部高速旋转液体的转速为2800～2900r/min。

含有微纳米氧化性气核的液体通过气液混合体管道10流回到灭菌清洗槽12中。此过程循环进行，保证灭菌清洗槽12中微纳米气核的含量。

灭菌清洗槽12侧壁上设置两个喷头，分别由两个进水电磁阀13控制喷水。排水口设置在清洗槽底部，由出水电磁阀14控制排水。可选地，灭菌清洗槽12侧壁上还设有溢流口，与溢水管相连接。可选地，灭菌清洗槽侧壁上还设置有液位传感器，用于监测水位高度，将水位信息传送到控制系统。

控制系统可实现对超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统以及进出水系统进行控制。

采用上述可选实施例，在超声辐射下，超声空化和微纳米氧化性气核能起到相互强化的作用，微纳米气核为超声空化作用提供了更多的气泡核，有效降低液体的空化阈值；同时，超声辐射下大量微纳米气核携带氧化性气体分子迅速生长、溃灭，产生更好的清洗效果，气泡溃灭所产生的局部高温高压和微射流，进一步激活氧化性气核的杀菌消毒作用，实现更高效彻底的清洗杀菌处理。

基于上述清洗杀菌装置，所述微纳米气泡发生模块生成的微纳米气核的粒径小于10um，所述氧化性气体供给模块供应单一氧化性气体或者多种氧化性气体的混合气体，所述其他气体供给模块供应空气、或者单一惰性气体、或者多种惰性气体的混合气体、或者空气与一种或多种惰性气体的混合气体；本发明提出了一种基于微纳米氧化性气核的超声波清洗杀菌方法，利用超声空化效应和超声波引起的高速振荡以及氧化性微纳米气核进行清洗灭菌操作，如图3所示，步骤如下：

步骤一、喷淋漂洗：控制进水电磁阀13和出水电磁阀14开启，超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统不开启，在自来水水压作用下，灭菌清洗槽壁上配置的两个喷头对清洗物进行喷淋漂洗，初步去除清洗物表面尘土、油污等杂质。

步骤二、微纳米氧化性气核与溶液充分混合：出水电磁阀14关闭，进水电磁阀12继续开启，液位传感器检测到指定液位时，关闭进水电磁阀12，开启微纳米氧化性气核发生系统及相应的气液混合体管道口20，在预设时间内循环处理灭菌清洗槽7内的溶液，实现微纳米氧化性气核与溶液充分混合。

步骤三、超声波协同氧化性气核清洗灭菌处理：当灭菌清洗槽7内溶液的氧化性气体含量达到指定要求后，启动超声波发生模块8，同时保持微纳米氧化性气核发生系统开启，循环处理槽内溶液，维持溶液中的气体含量。超声空化和微纳米氧化性气核协同作用，达到预设时间后，关闭超声波发生模块8和微纳米氧化性气核发生系统及相应的气液混合体管道口20。

步骤四、溢水口排污：打开进水电磁阀13，两个喷头间歇性地向灭菌清洗槽7中喷入干净水源，液位升高后会将漂浮在液面上的污物从溢流口直接排出，防止清洗结束进行排水时漂浮的污物沉积到被清洗物表面对被清洗物二次污染。

步骤五、二次喷洗：打开出水电磁阀14开始排水，同时保持进水电磁阀13开启，进行二次喷淋漂洗，防止污物再次沉积到被清洗物表面。

步骤六、第二次喷淋漂洗结束，进水电磁阀13关闭，清洗完成。

可选地，步骤一之前，需要提前在控制系统上设定喷淋漂洗时间、微纳米氧化性气核与溶液充分混合时间、超声波协同氧化性气核清洗灭菌处理时间、溢水口排污时间和二次喷淋时间，以及处理过程中的液位高度，也可在单个处理过程完成后依次设置下述处理过程时间。

可选地，所述步骤二过程中，微纳米氧化性气核与溶液充分混合时间需根据槽内溶液的体积、微纳米气泡发生模块7的循环速度以及溶液中所需的氧化性气体浓度共同确定。如处理果蔬类时，应确保设置好的时间内，灭菌清洗槽7内氧化性气体浓度可满足在6％～9％范围内；处理工业工件或产品，需保证在设置时间内，灭菌清洗槽7内气液混合体中气体体积含量在10％～30％。

可选地，所述步骤二中，为了使灭菌清洗槽中的氧化性气体的溶解度迅速提升，采用0.5mm～5mm大气泡对灭菌清洗槽供应第一预设时间，第一预设时间可以是步骤二总用时的20％～40％，然后，微纳米气泡发生模块7再产生微纳米气核对灭菌清洗槽供应第二预设时间，第一预设时间与第二预设时间之和是所述步骤二的总用时。

可选地，当需要产生0.5mm～5mm大气泡时，控制系统控制微纳米气泡发生模块停止对氧化性气体流与液体高速切割，通过气体供给部21进入到微纳米气泡发生模块7的气体流与通过液体管道9进入到微纳米气泡发生模块7的液体流混合后，直接通过气液混合体管道10输送到灭菌清洗槽7中。可选地，当需要产生0.5mm～5mm大气泡时，还可以将气体浓度混合与控制模块3的输出口通过输气管直接连接到灭菌清洗槽，直接对清洗液输入氧化性气体流，以使清洗液中的氧化性气体溶解度迅速到达饱和。

可选地，所述步骤三过程中，可分别设置多种清洗灭菌处理模式，包括：模式一：关闭微纳米气泡发生模块7，单独进行超声波清洗灭菌处理；模式二：同时开启微纳米气泡发生模块7和超声波发生模块8，进行超声波协同微纳米氧化性气核清洗灭菌处理；模式三：关闭超声波发生模块8，单独进行微纳米氧化性气核灭菌处理。根据需求，可选择单一的处理模式；或者，可选择三种处理模式依次进行，并且三种模式处理的时间和顺序可控制；也可选择模式一和模式三交替进行；不同处理模式可通过控制系统2进行设置。可选地，所述模式三中，还包括毫米级氧化性气核与微纳米氧化性气核交替灭菌处理的步骤，为了使灭菌清洗槽中的氧化性气体溶解度迅速提升，产生0.5mm～5mm大气泡对灭菌清洗槽供应第三预设时间，第三预设时间可以是模式二总用时的20％～40％，然后，微纳米气泡发生模块7再产生微纳米气核对灭菌清洗槽供应第四预设时间，第三预设时间与第四预设时间之和是所述模式二的总用时。

可选地，根据清洗灭菌效果，在步骤四结束后重复步骤二。

可选地，在步骤三后，若清洗灭菌效果不佳，根据需要加强处理的方面，调整相应的参数设置。可选地，对于清洗工件表面污垢不彻底的情况，首先增大超声波发生模块8中的输入功率，根据进一步处理的效果，再调节微纳米气泡发生模块7，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，增强清洗灭菌力度；可选地，对于清洗产品表面油渍不彻底的情况，首先调节微纳米气泡发生模块7，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，根据进一步处理的效果，再增大超声波发生模块8中的输入功率，增强清洗力度；可选地，对于清洗产品表面灭菌不彻底的情况，同时调节微纳米气泡发生模块7以及超声波发生模块8，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，增大超声波发生模块8中的输入功率，增强清洗灭菌力度。可选地，对于清洗产品表面灭菌不彻底的情况，先通过微纳米气泡发生模块7向灭菌清洗槽供应毫米级氧化性气核，使灭菌清洗槽中的氧化性气体浓度迅速提升，增强灭菌效果，如果灭菌效果还不彻底，再调节微纳米气泡发生模块7以及超声波发生模块8，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，增大超声波发生模块8中的输入功率，增强清洗灭菌力度。

本发明首先将具有氧化性气体与空气、惰性气体或其他气体混合产生具有所需浓度的氧化性气体流，气体在微纳米气泡发生装置被高速旋转剪切后以微纳米气核的形式悬浮于清洗液中。在超声辐射下，超声空化和微纳米氧化性气核能起到相互强化的作用，实现更高效彻底的清洗杀菌处理。

本方法中，在超声清洗灭菌的过程中加入微纳米氧化性气核，相当于增加了气核源，为超声空化作用提供了更多的气泡核，有效降低了液体的空化阈值，在超声场的作用下，这些微纳米氧化性气核以发生瞬态空化为主。当超声波强度超过某一空气阀值时，液体中微小的气泡核被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程，气泡溃灭时，产生瞬间的高温、高压和微射流，可大大强化超声空化杀菌效果。此外，与目前常用气泡相比，这种粒径低于10um的气核可有效降低声能散射，提高声能利用率。

本方法中，在氧化性气体灭菌的过程中加入超声清洗，超声波空化泡破灭产生的冲击波和微射流作用可以破坏病菌微生物的细胞膜结构和膜内物质，有利于具有氧化性气体迅速进入细胞膜，氧化细胞内物质，加速微生物的死亡。超声波可使介质产生高频振动，并产生极大的加速度，使介质分子激烈碰撞，造成分子键断裂，从而加速氧化性气体对有机物质的分解作用。此外，超声波振动可以促进氧化性气核的分散，强化灭菌效果。

本方法中涉及的微纳米气核的粒径在10um以下，与较大的微米级气泡以及传统的宏观气泡相比，这种气核具有的优势表现为：(1)高比表面积，增加了氧化性气泡与水的接触面积，有利于氧化性气泡在水中的溶解。(2)气泡缓慢上升速度，可有效增加氧化性气泡杀菌消毒的作用时间，使氧化性气泡在水中浓度保持更加稳定。(3)较高的泡内压力和溶解速度，通常气泡从水中上升到气液界面破碎，气体逸出损失。微纳米气泡具有自增压效应，使更多的氧化性气泡湮灭在水中，提高传质效率，增加氧化性气泡作用时间，大大提高了氧化性气泡在水中的溶解度和反应速度。此外，氧化性气泡以微纳米气泡的形式释放可以大大节约氧化性气泡的使用量，相比于现有的技术，可实现更低的能源损耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于微纳米氧化性气核的超声波强化清洗杀菌方法，其特征在于，基于一清洗杀菌装置，该装置包括：灭菌清洗槽、超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统、进出水系统、控制系统；

其中，微纳米氧化性气核发生系统包括氧化性气体供给模块、其他气体供给模块、气体浓度混合与控制模块、微纳米气泡发生模块；

超声波系统包括超声波换能器和超声波发生模块，超声波换能器粘贴在灭菌清洗槽底部，并通过电线与超声波发生模块连接；

气体浓度混合与控制模块的进气口与氧化性气体供给模块和其他气体供给模块的出气口通过输气管相连接，气体浓度混合与控制模块将氧化性气体与空气或者其他气体混合产生具有所需浓度的氧化性气体流，气体浓度混合与控制模块的出气口通过输气管与微纳米气泡发生模块连接；

微纳米气泡发生模块分别通过液体管道和气液混合体管道与灭菌清洗槽连接，液体管道口设置在清洗槽侧壁底部，气液混合体管道口设置在清洗槽侧壁上侧；灭菌清洗槽内的液体通过液体管道输出到微纳米气泡发生模块，微纳米气泡发生模块通过气液混合体管道向灭菌清洗槽输出含有微纳米气泡的气液混合液；

灭菌清洗槽侧壁上设置喷头，由进水电磁阀控制喷水；排水口设置在灭菌清洗槽底部，由出水电磁阀控制排水；灭菌清洗槽侧壁上还设置有液位传感器，用于监测水位高度，将水位信息传送到控制系统；

控制系统对超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统以及进出水系统进行控制；

所述微纳米气泡发生模块生成的微纳米气核的粒径小于10um，所述氧化性气体供给模块供应单一氧化性气体或者多种氧化性气体的混合气体，所述其他气体供给模块供应空气、或者单一惰性气体、或者多种惰性气体的混合气体、或者空气与一种或多种惰性气体的混合气体；

所述方法利用超声空化效应和超声波引起的高速振荡以及氧化性微纳米气核进行清洗灭菌操作，包括以下步骤：

步骤(一)，控制进水电磁阀和出水电磁阀开启，超声波系统、微纳米氧化性气核发生系统不开启，在水压作用下，灭菌清洗槽壁上配置的喷头对清洗物进行喷淋漂洗；

步骤(二)，出水电磁阀关闭，进水电磁阀继续开启，液位传感器检测到指定液位时，关闭进水电磁阀，开启微纳米氧化性气核发生系统及相应的气液混合体管道口，在预设时间内循环处理灭菌清洗槽内的溶液，实现微纳米氧化性气核与溶液充分混合；

步骤(三)，当灭菌清洗槽内溶液的氧化性气体含量达到指定要求后，启动超声波发生模块，同时保持微纳米氧化性气核发生系统开启，循环处理槽内溶液，维持溶液中的气体含量；超声空化和微纳米氧化性气核协同作用，达到预设时间后，关闭超声波发生模块和微纳米氧化性气核发生系统及相应的气液混合体管道口；

步骤(四)，打开进水电磁阀，喷头向灭菌清洗槽中喷入干净水源，液位升高后将漂浮在液面上的污物从溢流口直接排出；

步骤(五)，打开出水电磁阀开始排水，同时保持进水电磁阀开启，进行二次喷淋漂洗；

步骤(六)，第二次喷淋漂洗结束，进水电磁阀关闭，清洗完成。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(一)之前，需要提前在所述控制系统上设定喷淋漂洗时间、微纳米氧化性气核与溶液充分混合时间、超声波协同氧化性气核清洗灭菌处理时间、溢水口排污时间和二次喷淋时间，以及处理过程中的液位高度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(二)中，微纳米氧化性气核与溶液混合时间需根据槽内溶液的体积、微纳米气泡发生模块的循环速度以及溶液中所需的氧化性气体浓度共同确定。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(二)中，还包括：采用0.5mm～5mm大气泡对灭菌清洗槽供应第一预设时间，第一预设时间是所述预设时间总用时的20％～40％，然后，微纳米气泡发生模块再产生微纳米气核对灭菌清洗槽供应第二预设时间，第一预设时间与第二预设时间之和是所述预设时间的总用时。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当需要产生0.5mm～5mm大气泡时，控制系统控制微纳米气泡发生模块停止对氧化性气体流与液体切割，通过气体供给部进入到微纳米气泡发生模块的气体流与通过液体管道进入到微纳米气泡发生模块的液体流混合后，直接通过气液混合体管道输送到灭菌清洗槽中。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当需要产生0.5mm～5mm大气泡时，将气体浓度混合与控制模块的输出口通过输气管直接连接到灭菌清洗槽，直接对清洗液输入氧化性气体流。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括多种清洗灭菌处理模式；

模式一：关闭微纳米气泡发生模块，单独进行超声波清洗灭菌处理；

模式二：同时开启微纳米气泡发生模块和超声波发生模块，进行超声波协同微纳米氧化性气核清洗灭菌处理；

模式三：关闭超声波发生模块，单独进行微纳米氧化性气核灭菌处理；

根据需求，选择单一的处理模式；或者，选择三种处理模式依次进行，并控制三种模式处理的时间和顺序；或者，选择模式一和模式三交替进行。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述模式三中，还包括毫米级氧化性气核与微纳米氧化性气核交替灭菌处理，产生0.5mm～5mm大气泡对灭菌清洗槽供应第三预设时间，第三预设时间是模式二总用时的20％～40％，然后，微纳米气泡发生模块再产生微纳米气核对灭菌清洗槽供应第四预设时间，第三预设时间与第四预设时间之和是所述模式二的总用时。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(三)后，若清洗灭菌效果不佳，根据需要加强处理的方面，调整相应的参数设置；

对于清洗工件表面污垢不彻底的情况，首先增大超声波发生模块中的输入功率，根据进一步处理的效果，再调节微纳米气泡发生模块，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量；

对于清洗产品表面油渍不彻底的情况，首先调节微纳米气泡发生模块，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，根据进一步处理的效果，再增大超声波发生模块中的输入功率；

对于清洗产品表面灭菌不彻底的情况，同时调节微纳米气泡发生模块以及超声波发生模块，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，增大超声波发生模块中的输入功率；

对于清洗产品表面灭菌不彻底的情况，先通过微纳米气泡发生模块向灭菌清洗槽供应毫米级氧化性气核，如果灭菌效果还不彻底，再调节微纳米气泡发生模块以及超声波发生模块，增加氧化性气体的输入比例以及微纳米气体含量，增大超声波发生模块中的输入功率。