半導體材料的發展經歷了三個階段:第一階段以硅基材料為代表，第二階段以砷化鎵材料為代表，第三階段以氮化鎵材料為代表。在砷化鎵晶片生產過程中，晶片表面清洗、濕法刻蝕、減薄及劃片等環節會產生含砷(As)廢水，廢水中主要污染物為酸堿和總砷。目前處理高濃度含砷廢水的方法主要是化學沉淀法，包括硫化物沉淀法、中和沉淀法和鐵鹽沉淀法等。硫化物沉淀法是通過投加硫化鈉(Na2S)，與廢水中的亞砷酸根(AsO33－)和砷酸根(AsO43－)反應，形成硫化砷(As2S5)和硫化亞砷(As2S3)沉淀。中和沉淀法主要是通過投加鈣鹽，提升廢水pH值，并使廢水中AsO33－和AsO43－與鈣鹽形成難溶于水的亞砷酸鈣和砷酸鈣沉淀。鐵鹽沉淀法主要是通過投加鐵鹽，形成不溶性的亞砷酸鐵(FeAsO3)和砷酸鐵(FeAsO4)化合物，同時利用投加鐵鹽后產生的水合鐵氧化物的絮凝性能，進一步吸附游離的砷化物，形成共沉淀。因此，與硫化物沉淀法和中和沉淀法相比，鐵鹽沉淀法的除砷效率較高。由于AsO33－所帶的負電荷較AsO43－少，因此AsO33－較AsO43－更難于被水合鐵氧化物吸附。此外，由于As(Ⅲ)的毒性遠高于As(V)，因此在采用鐵鹽沉淀法時宜先將廢水中的As(Ⅲ)氧化為As(V)，然后再加入鐵鹽。
將As(Ⅲ)氧化成As(V)，常用的氧化方法包括空氣氧化和化學藥劑氧化�？諝庋趸峭ㄟ^向廢水中鼓入空氣，利用空氣中的氧氣將As(Ⅲ)氧化成As(V)�；瘜W藥劑氧化是廢水中加入化學氧化劑來進行As(Ⅲ)的氧化，目前常用的化學氧化劑有次氯酸鈉(NaClO)、過氧化氫(H2O2)以及臭氧(O3)等。賴蘭萍等分別采用NaClO、H2O2和空氣來氧化處理鎢冶煉含砷廢水，比較了氧化劑用量、反應時間以及達到同樣去除效率時氧化劑的費用，結果顯示H2O2要明顯優于NaClO和空氣。因此，本文采用預氧化－鐵鹽沉淀法，以H2O2為氧化劑，氯化鐵(FeCl3)為鐵源，處理砷化鎵晶片生產過程中產生的高濃度含砷廢水，首先確定了氧化劑H2O2的投加量，然后考察了n(Fe)與n(As)比值、pH值和反應時間等試驗條件對砷去除效果的影響，以期為高濃度含砷廢水的處理提供參考。
1、材料與方法
1.1 試驗材料
試驗過程中采用的化學藥劑均為分析純，購自國藥集團。試驗廢水取自揚州某砷化鎵半導體生產企業的生產廢水，廢水產生量為40m3/d，廢水為半透明白色濁液，有刺激性氣味，pH值為12.07，總砷含量為884mg/L。
1.2 水質分析方法
pH值采用PHS－3C精密pH計進行測定，總砷含量采用原子熒光法進行測定。
1.3 試驗方法
取一定量的試驗廢水，向廢水中加入一定量的30%H2O2溶液;反應30min后，用10%H2SO4溶液調節廢水pH值至2.0;加熱蒸干，冷卻至常溫后加純水定容至100mL;然后再利用碳酸氫鈉(NaHCO3)溶液調節pH值至8.0;滴加I2－KI溶液，如此時溶液由棕色變為無色，則證明廢水中的As(Ⅲ)被氧化劑完全氧化成As(V)。利用此方法來確定氧化劑H2O2的投加量，預試驗結果表明，30%H2O2最佳的投加量為1.5mL/L。
取一定量的試驗廢水，向廢水中加入1.5mL/L30%H2O2溶液進行預氧化，在設定試驗條件(n(Fe)/n(As)、pH值、反應時間)下向廢水中加入FeCl3溶液和氫氧化鈉(NaOH)溶液。待反應完成后，過濾分離，采用原子熒光法測定濾液中砷的質量濃度。
2、結果與討論
2.1 n(Fe)/n(As)對砷去除效果的影響
控制廢水pH值為8.0，控制反應時間為120min，調節n(Fe)/n(As)值分別為1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1。n(Fe)/n(As)對砷去除效果的影響如圖1所示。
由圖1看出，當n(Fe)/n(As)從1∶1提升到2.5∶1時，出水總砷濃度從5.624mg/L快速降低至0.164mg/L;當n(Fe)/n(As)從2.5∶1進一步提升到4∶1時，出水總砷濃度從0.164mg/L緩慢降低至0.114mg/L。結果表明，在一定pH值和反應時間條件下，鐵鹽投加量應超過理論投加量，才能取得較好的除砷效果，且鐵鹽的投加量越大，砷的去除效果越好。在本試驗中，n(Fe)/n(As)為2.5∶1時，出水總砷濃度為0.164mg/L，已滿足項目環評要求的0.2mg/L的排放限值要求，且鐵鹽投加量較為適中，經濟性較好。因此，n(Fe)/n(As)確定為2.5∶1。
2.2 pH值對砷去除效果的影響
調節廢水pH值分別為6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0，控制n(Fe)/n(As)為2.5∶1，控制反應時間為120min。pH值對砷去除效果的影響如圖2所示。
由圖2看出，當廢水pH值從6.0提升到8.0時，出水總砷濃度從4.338mg/L快速降低至0.164mg/L，再從8.0提升到10.0時，出水總砷濃度降低得十分緩慢。但是，pH值從10.0進一步提升到12.0時，出水總砷濃度從0.136mg/L又快速回升至5.872mg/L。結果表明，弱堿性環境有利于鐵鹽共沉淀除砷。強堿性環境下，鐵離子主要以鐵的羥基配合物形式存在，從而導致反應產生的FeAsO4沉淀物出現反溶現象，并導致出水中總砷濃度急劇升高。在本試驗中，廢水pH值為8.0時，出水總砷濃度為0.164mg/L，滿足項目環評要求的0.2mg/L的排放限值;且相對于pH值9.0和10.0，pH值為中性時所需堿的用量更少，更為經濟。因此，廢水的反應pH值確定為8.0。
2.3反應時間對砷去除效果的影響
控制廢水pH值為8.0，控制n(Fe)/n(As)為2.5∶1，調節反應時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0h。反應時間對砷去除效果的影響如圖3所示。
由圖3可知，當反應時間從0.5h提升到2.0h時，出水總砷濃度從1.234mg/L快速降低至0.164mg/L。當反應時間從2.0h進一步提升至3.0h時，出水總砷濃度從0.164mg/L緩慢降低至0.148mg/L。結果表明，延長反應時間有利于鐵鹽與AsO43－充分反應，提升除砷效果。在本試驗中，廢水時間為2.0h時，出水總砷濃度為0.164mg/L，滿足項目環評要求的0.2mg/L的排放限值要求，且相較于反應時間2.5h和3.0h對反應池有效容積要求更小，更為經濟。因此，廢水反應時間確定為2.0h。
3、結論
采用預氧化－鐵鹽沉淀法對砷化鎵半導體生產過程中產生的高濃度含砷廢水進行處理，研究確定了氧化劑H2O2的用量，考察了n(Fe)/n(As)、pH值和反應時間等試驗條件對砷去除效果的影響。得到如下結論:①H2O2能夠有效氧化高濃度半導體生產含砷廢水中的As(Ⅲ)，30%H2O2用量為1.5mL/L，即可將廢水中的As(Ⅲ)完全氧化As(V)。②在n(Fe)/n(As)為2.5∶1，pH值為8.0，反應時間為2h時，鐵鹽沉淀法可有效去除高濃度半導體生產含砷廢水中的砷，出水總砷濃度為0.164mg/L，滿足項目環評要求的0.2mg/L的排放限值。（來源：無錫安維特環�？萍加邢薰�，常州大學環境與安全工程學院，蘇州市環境衛生管理處）
