砷化镓芯片含砷废水深度处理技术

砷化镓作为第二代半导体材料的代表，在芯片制造领域具有不可替代的地位。然而，其生产过程中产生的含砷废水因毒性高、处理难度大，成为制约行业绿色发展的关键瓶颈。随着环保法规趋严和资源循环需求提升，深度处理技术的创新应用成为破解这一难题的核心路径。

技术挑战：高毒性污染物的协同去除

砷化镓芯片生产废水不仅含剧毒砷化物（浓度可达20-260μg/L），还残留二氯异氰尿酸钠等强氧化性消毒剂及高浓度COD（1000-3000mg/L）。传统化学沉淀法虽能去除大部分砷，但对COD和消毒剂几乎无效，且需投加大量药剂，易引发二次污染。更严峻的是，废水中As(Ⅲ)的毒性远高于As(V)，而常规工艺难以实现价态转化与同步脱毒。

技术突破：三维电极电化学法的创新应用

针对上述挑战，三维电极电化学法凭借其高效、低耗的优势成为研究热点。该技术通过构建活性炭填充的立体电极结构，显著增大了反应接触面积，使羟基自由基（·OH）的生成效率提升数倍。实验数据显示，在pH=9、FeSO₄·7H₂O投加量0.10g/L、反应时间60分钟的优化条件下，砷去除率稳定在98%以上，出水浓度低至5μg/L，达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。

其核心机理在于类芬顿反应与共沉淀的协同作用：Fe²⁺催化H₂O₂产生·OH，将As(Ⅲ)氧化为As(V)，同时三价铁与砷酸根形成难溶的砷酸铁沉淀。相较于传统平板电极，三维电极的电场分布更均匀，避免了局部电流密度过高导致的副反应，且活性炭的吸附性能进一步提升了重金属捕获效率。

工艺集成：多技术协同的深度净化

单一技术难以实现砷、COD及消毒剂的同步去除。四川恒泰环境提出的“电化学-混凝沉淀-生物处理”组合工艺展现了显著优势：

电化学预处理：三维电极系统优先降解二氯异氰尿酸钠并氧化As(Ⅲ)，降低后续单元负荷；

混凝沉淀：投加氯化铁（终浓度4000-5000mg/L）和聚丙烯酰胺（3-4mg/L），通过絮凝作用去除悬浮物和残余砷，沉淀效率达93%以上；

序批式活性污泥法（SBR）：在曝气阶段投加碳酸钠维持碱度，COD去除率超过95%，最终出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。

工程实践与未来方向

在江苏某芯片厂的示范项目中，该组合工艺日处理废水1000m³，吨水处理成本较传统工艺降低20%，且产生的铁盐污泥可通过焙烧回收氧化铁，实现资源化利用。

未来技术发展将聚焦三大方向：

绿色氧化剂替代：开发太阳能驱动的过氧化氢原位生成技术，减少化学药剂依赖；

智能控制优化：基于AI算法实时调节电极电压与药剂投加量，提升能效比；

全流程循环设计：耦合废水处理与芯片生产环节，构建“零排放”闭环体系。

结语

砷化镓芯片含砷废水的深度处理技术正从单一污染控制向资源回收与低碳化转型。三维电极电化学法的突破为行业提供了高效解决方案，而多技术协同与工艺创新将进一步推动半导体产业与生态环境的和谐共生。