Pilot study on treatment and near zero discharge of gallium arsenide wafer processing wastewater

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0123

Abstract

Abstract:

In the process of gallium arsenide wafer, a large number of toxic and harmful organic wastewater with arsenic was produced. In this paper, the process of “arsenic removal pretreatment+biochemical treatment+advanced treatment” was used to achieve the standard treatment of gallium arsenide wafer processing wastewater and near-zero discharge. The arsenic removal was achieved by the pretreatment process of “two-stage coagulation+ion exchange resin”. The arsenic removal rate reached more than (99.998±0.003)%, and the arsenic content in the effluent reached the discharge standard. Biochemical treatment adopted the process of “O₃ oxidation+hydrolytic acidification+biological contact oxidation”, the COD removal rate was (95.7±0.3)%, and the effluent could meet local emission standards. The advanced treatment adopted “ultrafiltration+two-stage reverse osmosis+triple-effect evaporation and crystallization” to realize the reuse of wastewater and resource recovery. By calculation, the cost of treating arsenic-containing organic wastewater was about 36.11 yuan/m³. This pilot study verified the feasibility of resource recovery and near-zero discharge of gallium arsenide wafer processing wastewater, and provided reliable and effective technical support for the standard discharge, resource recovery and utilization of arsenic-containing wastewater in the industry.

Key words: gallium arsenide wafer, arsenic-containing wastewater, near-zero discharge, double-membrane technology, evaporation and crystallization

摘要：

砷化镓晶片加工生产过程中，产生大量有毒有害的含砷有机废水。采用“除砷预处理+生化处理+深度处理”工艺对砷化镓晶片加工废水进行达标处理及近零排放的中试研究。除砷预处理采用“两级混凝+离子交换树脂”工艺，砷去除率达（99.998±0.003）%以上，出水砷含量稳定达到排放标准。生化处理采用“O₃氧化+水解酸化+生物接触氧化”工艺，COD去除率为（95.7±0.3）%，出水水质满足当地园区纳管标准。深度处理采用“超滤+两级反渗透+三效蒸发结晶”，实现废水回用及资源回收。经计算，该中试工艺处理含砷有机废水的成本约为36.11元/m³。该中试研究验证了砷化镓晶片加工生产废水的资源回收和近零排放的可行性，为该行业含砷废水的达标排放和资源回收利用提供了可靠的工艺支持和技术保障。

关键词: 砷化镓晶片, 含砷废水, 近零排放, 双膜法, 蒸发结晶

CLC Number:

X703

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https://www.iwt.cn/EN/Y2025/V45/I3/65

Figures/Tables 12

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工艺流程	阶段	pH	电导率/（μS·cm^-1）	TDS/（mg·L^-1）	As/（mg·L^-1）	氯化物/（mg·L^-1）	总氮/（mg·L^-1）	总磷/（mg·L^-1）	COD/（mg·L^-1）
混凝+树脂除砷工艺	进水	2.5±0.1	5 085±12	3 387±8	153.63±19.27	838±10	34.25±1.2	—	1 483±37
混凝+树脂除砷工艺	出水	7.3±0.2	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	26.3±0.3	—	1 368±14
O₃氧化工艺	进水	7.3±0.2	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	26.3±0.3	—	1 368±14
O₃氧化工艺	出水	7.8±0.1	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	26.3±0.3	—	1 019±16
生化处理工艺	进水	7.4±0.1	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	26.3±0.3	1.2±0.2	1 019±16
生化处理工艺	出水	6.7±0.1	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	4.3±0.1	0.39±0.2	43.1±2.2

工艺流程	阶段	pH	电导率/（μS·cm^-1）	TDS/（mg·L^-1）	As/（mg·L^-1）	氯化物/（mg·L^-1）	总氮/（mg·L^-1）	总磷/（mg·L^-1）	COD/（mg·L^-1）
混凝+树脂除砷工艺	进水	2.5±0.1	5 085±12	3 387±8	153.63±19.27	838±10	34.25±1.2	—	1 483±37
混凝+树脂除砷工艺	出水	7.3±0.2	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	26.3±0.3	—	1 368±14
O₃氧化工艺	进水	7.3±0.2	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	26.3±0.3	—	1 368±14
O₃氧化工艺	出水	7.8±0.1	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	26.3±0.3	—	1 019±16
生化处理工艺	进水	7.4±0.1	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	26.3±0.3	1.2±0.2	1 019±16
生化处理工艺	出水	6.7±0.1	5 022±15	3 348±6	<0.01	1 406.3±12.3	4.3±0.1	0.39±0.2	43.1±2.2

项目	电导率/（μS·cm^-1）	pH	总硬度/（mg·L^-1）	砷/（μg·L^-1）	TDS/（mg·L^-1）	氯化物/（mg·L^-1）	总磷/（mg·L^-1）	COD/（mg·L^-1）	总氮/（mg·L^-1）
一级反渗透进水	5 022±15	6.7±0.1	50±2	0.12±0.02	3 348±6	1 406.3±12.3	0.39±0.2	43.1±2.2	4.3±0.1
一级反渗透产水	76±2	6.4±0.1	1.8±0.2	0.024±0.002	51.5±2.1	21.1±2.1	0.07±0.02	2±0.2	0.8±0.05
一级反渗透浓水	13 683±5	8.7±0.2	134.7±5	0.3±0.01	9 116.5±4.2	3 828.9±5.2	0.95±0.2	114.3±1.2	9.1±0.3
树脂软化出水（二级反渗透进水）	13 589±5	7.3±0.2	1.1±0.1	0.26±0.01	9 008.2±5.3	3 783.4±4.5	0.87±0.2	104±2	8.5±0.3
二级反渗透产水	563.56±3	6.3±0.2	0.04±0.001	0.06±0.002	383.1±2.1	160.8±3	0.21±0.01	4.16±0.2	1.92±0.12
二级反渗透浓水	91 136.07±8	10.4±0.2	7.48±0.2	1.48±0.01	60 758.3±5.3	25 518.4±6	4.84±0.3	704.6±3	48.3±0.8

项目	电导率/（μS·cm^-1）	pH	总硬度/（mg·L^-1）	砷/（μg·L^-1）	TDS/（mg·L^-1）	氯化物/（mg·L^-1）	总磷/（mg·L^-1）	COD/（mg·L^-1）	总氮/（mg·L^-1）
一级反渗透进水	5 022±15	6.7±0.1	50±2	0.12±0.02	3 348±6	1 406.3±12.3	0.39±0.2	43.1±2.2	4.3±0.1
一级反渗透产水	76±2	6.4±0.1	1.8±0.2	0.024±0.002	51.5±2.1	21.1±2.1	0.07±0.02	2±0.2	0.8±0.05
一级反渗透浓水	13 683±5	8.7±0.2	134.7±5	0.3±0.01	9 116.5±4.2	3 828.9±5.2	0.95±0.2	114.3±1.2	9.1±0.3
树脂软化出水（二级反渗透进水）	13 589±5	7.3±0.2	1.1±0.1	0.26±0.01	9 008.2±5.3	3 783.4±4.5	0.87±0.2	104±2	8.5±0.3
二级反渗透产水	563.56±3	6.3±0.2	0.04±0.001	0.06±0.002	383.1±2.1	160.8±3	0.21±0.01	4.16±0.2	1.92±0.12
二级反渗透浓水	91 136.07±8	10.4±0.2	7.48±0.2	1.48±0.01	60 758.3±5.3	25 518.4±6	4.84±0.3	704.6±3	48.3±0.8

离子	1#		2#
离子	质量/g	质量分数/%	质量/g	质量分数/%
合计	5.001 5	100.00	5.001 0	100.00
K⁺	0.035 7	0.71	0.043 1	0.86
Na⁺	1.838 4	36.76	1.819 2	36.37
Cl^-	2.135 6	42.70	2.051 9	41.02
NO₃ ^-	0.002 5	0.05	0.064 2	1.28
SO₄ ^2-	0.989 3	19.78	1.023 2	20.46

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