قادت وحدة المختبرات المركزية في جامعة قطر مشروعًا بحثيًا مبتكرًا حول استخدام المواد الطبيعية لإزالة التلوث بالمعادن الثقيلة والنادرة من مياه الصرف الصحي الناتجة عن المختبرات الكيميائية. وشارك في هذه الدراسة والتي تقودها الدكتورة نورة القحطاني، رئيس وحدة المختبرات المركزية بالإنابة، باحثون من وحدة المختبرات المركزية، ومجموعة من طلبة الدراسات العُليا والبكالوريوس من تخصُّص الكيمياء وعلوم الأرض في كلية الآداب والعلوم، وتخصُّص الهندسة الكيميائية في كلية الهندسة بجامعة قطر، وطلبة من مدرسة عمر بن عبد العزيز الثانوية للبنين.
أدى التطور السريع في مجال التحليل الكيميائي في المختبرات إلى احتمال تسرب الملوثات إلى البيئة، مما يشكل مخاطر كبيرة. وعلى الرغم من أن المختبرات الكيميائية تولد كميات صغيرة نسبيًا من النفايات مقارنةً بالصناعات الأخرى، إلا أن تسرب المعادن الثقيلة إلى مياه الشرب ومصادر الغذاء لا يزال مصدر قلق بالغ. ويشكل هذا التراكم للعناصر الثقيلة والنادرة تهديداً بيئياً خطيراً، مما يؤثر على الأسماك والخضروات التي تعتبر مكونات رئيسية في النظام الغذائي للإنسان.
وتعتبر مواجهة التحدي المتمثل في معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن الأنشطة التحليلية، لا سيما مختبرات التحليل الطيفي الذري، يمثل أولوية قصوى للعلماء والإدارات الصحية. وتُعد التقنيات الفعالة لفصل العناصر الثقيلة والنادرة بشكل آمن ومقبول أمرًا بالغ الأهمية لمنع إطلاقها في البيئة من خلال شبكات الصرف الصحي.
وسلطت الدراسة الضوء على دور طرق التخلص وخصائص الموقع في هجرة المعادن الثقيلة والنادرة عبر البيئة الأرضية. تولد مختبرات التحليل الطيفي الذري، والتي تستخدم أجهزة مثل أجهزة قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترنة حثياً (ICP/MS)، والبلازما المقترنة حثيًا - التحليل الطيفي للانبعاث البصري (ICP/OES)، وأنظمة الهضم باستخدام موجات الميكروويف (MDS)، وأنظمة الاستئصال بالليزر (LAS)، كميات كبيرة من النفايات السائلة التي تحتوي على هذه العناصر.
وركزت هذه الدراسة على استخدام مواد ممتصة طبيعية وفعالة من حيث التكلفة ومستدامة، مثل المواد الدُّبالية والطين الطبيعي، لمعالجة المعادن الثقيلة. وتعد المواد الدُّبالية التي توجد بشكل طبيعي في التربة الزراعية ومجاري الأنهار عوامل مركبة فعالة لمجموعة كبيرة من المعادن. ويختبر الباحثون حامض الهيوميك، حامض الفولفيك، والهيومين لإمكانياتها في إزالة المعادن، خاصة عند دمجها مع المواد النانوية أو إخضاعها للمعالجة الحرارية.
وهدف البحث، الذي يُجرى في وحدة المختبرات المركزية بقطاع البحث والدراسات العليا بجامعة قطر بالتعاون مع مدرسة عمر بن عبدالعزيز الثانوية للبنين التابعة لوزارة التربية والتعليم والتعليم العالي، إلى تقييم كفاءة حمض الهيوميك والطين الطبيعي في إزالة الملوثات من المحاليل التي تحتوي على عناصر ثقيلة ونادرة. كما تتضمن الدراسة تدريب طلاب مرحلة ما قبل الجامعة على أساليب البحث العلمي ودمجهم في المنظومة البحثية لجامعة قطر.
وتتمثل الأهداف الرئيسية لهذه الدراسة في: فصل وتنقية وتصنيف حمض الهيوميك من السماد الزراعي، وتحضير مركبات حمض الهيوميك مع المعادن من أيونات المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصحي، ودراسة مركبات حمض الهيوميك من المعادن باستخدام محاليل مياه الصرف المعملية الحقيقية. كما وهدف البحث إلى دراسة متراكبات العناصر مع المواد الطينية الطبيعية من خلال محاليل مياه الصرف المعملية الحقيقية، وإجراء تحليل مقارن لامتصاص حمض الهيوميك والطين الطبيعي للمعادن الثقيلة والنادرة، وتطوير تصميم أولي للمرشح الذي يتضمن حمض الهيوميك والطين الطبيعي.
وتمثلت فرضية البحث في إمكانية استخدام المواد الدبالية والطينية، المعروفة بخصائصها المركبة مع المعادن الثقيلة، لمعالجة التلوث بالمعادن بفعالية. تتمثل أهداف الدراسة في تقييم جدوى استخدام البوليمرات العضوية الطبيعية لإزالة المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصحي في المختبرات الكيميائية.
ومن خلال برنامج بحثي مصمَّم بعناية، قام الفريق البحثي من وحدة المختبرات المركزية مع مجموعة كبيرة من الطلبة من تخصص الكيمياء وعلوم الأرض في كلية الآداب والعلوم وتخصص الهندسة الكيميائية في كلية الهندسة بجامعة قطر، بجمع عينات من مياه الصرف الصحي من مختبرات التحليل الطيفي الذري بالجامعة. وتم تحليل هذه العينات لمعرفة خصائصها الفيزيائية والكيميائية باستخدام التقنيات المتقدمة المتاحة في الجامعة. وتضمنت المرحلة العملية معالجة مياه الصرف الصحي باستخدام مواد ماصة طبيعية وتحسين ظروفها لتعزيز كفاءة الامتصاص. ودراسة أثر التغير في أوزان المواد الممتصة الطبيعية، وأثر الزيادة في المدة الزمنية لتعرض الملوثات للمواد الممتصة، وأثر التغير في درجات الحرارة، وأثر التغير في درجة الأس الهيدروجيني pH وغيرها من العوامل.