OCCURRENCE AND CHARACTERIZATION OF MICROPLASTICS IN GROUNDWATER OF AL-QATIF, SAUDI ARABIA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master of Science Thesis) MSc Thesis Report_Idriss Isa.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 9 June 2027. Download (4MB)

Arabic Abstract

الملخص الاسم الكامل: إدريس عيسى عنوان الرسالة: حدوث وتوصيف اللدائن الدقيقة في المياه الجوفية بالقطيف، المملكة العربية السعودية التخصص: العلوم البيئية تاريخ الحصول على الدرجة: مايو ٢٠٢٦ تتزايد ملاحظة وجود اللدائن يُكتشف وجود اللدائن الدقيقة (Microplastics, MPs) بشكل متزايد في البيئات المائية، إلا أن الأدلة المتعلقة بوجودها في المياه الجوفية، وخاصة في المناطق شديدة الجفاف، لا تزال محدودة. هدفت هذه الدراسة إلى قياس وتوصيف اللدائن الدقيقة في المياه الجوفية الضحلة من 10 آبار في محافظة القطيف، بالمنطقة الشرقية في المملكة العربية السعودية، باستخدام ثلاث عينات فرعية مكررة بحجم لتر واحد لكل بئر. تمت معالجة العينات باستخدام هضم بيروكسيد الهيدروجين، والفصل بالكثافة، والترشيح، والفحص بالمجهر التشريحي، وتأكيد نوع البوليمر بواسطة مطيافية رامان وفق معايير تعريف صارمة (تشابه طيفي ≥ 0.70 ووجود ثلاثة قمم تشخيصية أو أكثر). وشملت إجراءات ضمان الجودة استخدام عينات فارغة ميدانية، وعينات فارغة إجرائية، وعينات فارغة للمرشحات، كما تم اشتقاق حدود الإبلاغ من العينات الفارغة الإجرائية. تراوحت تراكيز اللدائن الدقيقة المؤكدة بوليمريًا بين 5 و16 جسيمًا لكل لتر قبل تصحيح الخلفية الناتجة عن العينات الفارغة. وبعد التصحيح باستخدام متوسط قيمة العينة الفارغة الإجرائية من الدفعة التحليلية نفسها التي عولجت فيها كل عينة مياه جوفية، تراوحت التراكيز المصححة بين 0.00 و10.33 جسيمًا لكل لتر. ومع ذلك، فقد تم تفسير القيم الواقعة دون حد الكشف للطريقة التحليلية (Method Detection Limit) على أنها مؤشرات أولية للكشف فقط، وليست تراكيز كمية مؤكدة بالكامل. كانت معظم نتائج الآبار أقل من حد الكشف (LOD) البالغ 10.25 جسيمًا لكل لتر، ولم تتجاوز أي منها حد التقدير الكمي (LOQ) البالغ 20.94 جسيمًا لكل لتر. وشملت البوليمرات المكتشفة بولي إيثيلين تيرفثالات، والبولي إيثيلين، والبولي أميد، والبولي ستايرين، والبولي فينيل كلوريد، والبولي بروبيلين، وأكريلونيتريل-بوتادايين-ستايرين. أما البولي كربونات فقد اعتُبر تلوثًا خلفيًا استنادًا إلى أدلة من عينات المرشحات الفارغة، ولذلك استُبعد من التفسير ومن حسابات مؤشرات المخاطر. هيمنت الألياف والشظايا على أشكال الجسيمات المكتشفة. وتراوح حجم الألياف بين 99.5 و521.8 ميكرومتر (بمتوسط 306.9 ± 130.9 ميكرومتر)، بينما تراوح حجم الشظايا بين 12.8 و78.6 ميكرومتر (بمتوسط 43.1 ± 21.0 ميكرومتر). وتركزت الألياف بشكل رئيسي ضمن فئات الأحجام 100–250 ميكرومتر وأكثر من 250 ميكرومتر، في حين تركزت الشظايا ضمن فئات الأحجام 25–50 ميكرومتر و50–100 ميكرومتر. تم تطبيق إطار أولي لتقييم المخاطر يعتمد على مؤشر خطورة البوليمرات، ومعامل التلوث، ومؤشر مخاطر التلوث، مع استخدام محاكاة مونت كارلو لنشر عدم اليقين، وذلك لملاءمة ظروف انخفاض أعداد الجسيمات واقترابها من حدود الكشف. وينبغي تفسير المؤشرات الناتجة على أنها مؤشرات أولية للفحص البيئي وليست تقديرًا لمخاطر صحة الإنسان. توفر هذه النتائج أول قاعدة بيانات مرجعية لللدائن الدقيقة المؤكدة بوليمريًا في المياه الجوفية الضحلة بمحافظة القطيف، كما تُظهر وجود اللدائن الدقيقة وخصائصها في نظام مياه جوفية يقع ضمن بيئة شديدة الجفاف.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : IDRISS ISA Thesis Title : Occurrence and Characterization of Microplastics in Groundwater of Al-Qatif, Saudi Arabia Major Field : Environmental Science Date of Degree : May, 2026 Microplastics (MPs) are increasingly detected in aquatic environments, yet evidence from groundwater, especially in hyper-arid regions remains limited. This study quantified and characterized MPs in shallow groundwater from 10 wells in Al-Qatif, Eastern Province, Saudi Arabia, using triplicate 1-L subsamples per well. Samples were processed using hydrogen peroxide digestion, density separation, filtration, stereomicroscopy, and polymer confirmation by Raman spectroscopy under strict identification criteria (spectral similarity ≥0.70 and ≥3 diagnostic peaks). Quality assurance included field blanks, procedural blanks, and filter blanks, and reporting limits were derived from procedural blanks. Across wells, polymer-confirmed MPs ranged from 5–16 particles L⁻¹ prior to blank correction. After correction using the mean procedural blank from the same analytical batch in which each groundwater sample was processed, blank-corrected concentrations ranged from 0.00 to 10.33 particles L⁻¹. However, values below the method detection limit were interpreted only as screening-level detections rather than fully quantitative concentrations. Most well results were below the method limit of detection (LOD) (10.25 particles L⁻¹) and none exceeded the limit of quantification (LOQ) (20.94 particles L⁻1). Detected polymers included polyethylene terephthalate, polyethylene, polyamide, polystyrene, polyvinyl chloride, polypropylene and acrylonitrile-butadiene-styrene, while polycarbonate was treated as background contamination based on filter-blank evidence and excluded from interpretation and risk-index calculations. Particles were dominated by fibers and fragments. Fibers ranged from 99.5–521.8 μm (mean: 306.9 ± 130.9 μm), whereas fragments ranged from 12.8–78.6 μm (mean: 43.1 ± 21.0 μm). Fibers were mainly distributed within the 100–250 μm and >250 μm size classes, while fragments were concentrated in the 25–50 μm and 50–100 μm classes. A screening-level polymer hazard-indexing framework based on contamination factor, polymer hazard index and pollution risk index with Monte Carlo uncertainty propagation was applied to reflect low-count, near-LOD conditions. The resulting indices should be interpreted as preliminary environmental screening indicators rather than a human health risk estimate. These findings provide the first baseline dataset of polymer-confirmed microplastics in shallow groundwater of Al-Qatif and demonstrate the occurrence and characteristics of microplastics in a hyper-arid groundwater system.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Thesis Advisor:	Husam Baalousha,
Thesis Committee Members:	Bassam Al-tawabini, Mohammed Benaafi,
Depositing User:	IDRISS ISA
Date Deposited:	10 Jun 2026 05:59
Last Modified:	10 Jun 2026 05:59
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144553