Microplastics in Pipelines Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation

Water quality remains a global concern, with microplastics emerging as a growing risk, particularly due to their ingestion through drinking water.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

 

 

 

DEPARTMENT OF CIVIL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERIGN 

 

FACULTY OF ENGINEERING 

Master’s Thesis 

January 2025 

 

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects 
and Identification Protocol Validation. 

Simon Cardona Orozco, Juan Saldarriaga

2

 & Jaime Plazas-Tuttle

Departament of Civil and Environmental Engineering, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia 
CIACUA. Water and Sewerage Research Center (Centro de Investigación en Acueductos y Alcantarillados) 

1

Advisor 

2

Coadvisor 

Abstract 

The presence of microplastics in drinking water has become a pressing environmental and health  concern, with growing 

evidence of their pervasive impact on ecosystems and human health. This study focuses on the development and validation of 
a prototype designed to simulate microplastic generation within drinking water distribution pipelines. By employing Raman 
spectroscopy  and  advanced  sample  preparation  techniques,  we  established  a  preliminary  methodology  for  identifying  and 
quantifying  microplastics  in  laboratory-controlled  conditions.  Preliminary  findings  indicate  that  polymer  degradation, 
exacerbated by phenomena such as water hammer, contributes significantly to microplastic release in polyvinyl chloride (PVC), 
Chlorinated Polyvinyl Chloride (C-PVC) , Polypropelene (PP) and polyethylene (PE) pipes. Our results underline the critical 
need for improved pipeline materials and design standards to mitigate microplastic contamination. Furthermore, this research 
contributes to the sixth Sustainable Development Goal (SDG) by proposing a framework for assessing the impact of polymer 
aging on water quality, thereby fostering advancements in sustainable water distribution systems. 

 
Keywords: Microplastics, Water Hammer, Plastic degradation, Microplastic Identification Protocol, Raman Spectroscopy, 

Plastic pipes. 

 

1.  Introduction 

1.1. Introduction  

Water quality remains a global concern, with microplastics emerging as a growing risk, particularly due to their ingestion 

through  drinking  water.  Microplastics,  tiny  plastic  particles,  have  gained  scientific  attention  since  2004,  when  Richard 
Thompson first identified them in marine environments (Thompson et al., 2004). With polymers like PVC and PE commonly 
used in water distribution systems, concerns have arisen about their potential to release microplastics under certain conditions, 
especially given the aging and degradation of these materials. 

Microplastics  are  classified  as  primary  (intentionally  manufactured,  e.g.,  in  cosmetics)  or  secondary  (resulting  from  the 

breakdown of larger plastic items). Their morphology varies: fibers, fragments, films, and pellets; and their identification is 
possible  through  color,  shape,  and  material  composition.  Common  polymers  found  include  LDPE,  HDPE,  polypropylene, 
polystyrene, PVC, and nylon (Sillanpää et al., 2022). 

Recent  studies  have  shown  that  PVC  and  PE  pipes,  despite  their  durability,  can  degrade  over  time  due  to  mechanical, 

chemical, and biological factors, contributing to microplastic release. Tools like the carbonyl index have been used to quantify 
the aging process and the resulting increase in microplastic shedding, especially in PE (Świetlik & Magnucka, 2025). 

Based  on  the  information  presented,  a  methodology  is  proposed  to  systematically  evaluate  the  conditions  under  which 

microplastics may be generated. Accordingly, the primary contribution of this report lies in the development of an integrated 
experimental and analytical protocol designed to assess microplastic generation induced by transient hydraulic phenomena, 
specifically water hammer, in drinking water distribution pipes manufactured from PVC, C-PVC, HDPE, and PP. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

The proposed protocol is structured to ensure reproducibility and consistency, thereby enabling the generation of comparable 

and robust datasets. This framework provides a methodological basis for future studies aimed at evaluating the influence of 
hydraulic conditions (flow, pressure) and pipe properties as size and material on microplastic generation. 

1.2 Presence of Microplastics y drinkable water distribution networks 

Research  indicates  that  current  water  treatment  technologies  are  only  capable  of  removing  approximately  50%  of 

microplastics, allowing the remainder to enter and persist within drinking water distribution networks  (Dalmau-Soler et al., 
2021) (Li et al., 2021). Within these systems, microplastics are frequently found embedded in pipe scales (mineral deposits 
primarily composed of calcium and magnesium) and in biofilms. These accumulations typically form in zones with reduced 
flow velocity, such as downstream segments or areas affected by clogging (Yang et al., 2023). 
Studies  have  shown  that  pipe  scales,  particularly  those  located  at  the  bottom  of  pipes  due  to  sedimentation,  can  serve  as 
reservoirs  for  microplastics.  Furthermore,  pH  testing  has  revealed  a  correlation  between  the  presence  of  microplastics  and 
elevated concentrations of Ca²⁺ and Mg²⁺ ions. Microplastics also tend to bind with biofilms, especially in long sections of the 
pipeline where both materials settle, thereby creating favorable conditions for persistent contamination (Chu et al., 2022). 

1.3 Microplastics generation by hydraulic phenomena. 

The control of water quality after treatment plants is often overlooked in studies on microplastic detection, as it is considered 

less critical than in other water bodies (Hariri Asli et al., 2024). However, materials within water distribution networks can still 
contaminate the water. In particular, PVC and PE pipes may degrade due to hydraulic phenomena such as water hammer. The 
stress caused by the sudden closure of a valve can exceed the mechanical resistance of the pipe material (Wu et al., 2023). 
Therefore, a procedure was carried out to support the hypothesis that water hammer can generate microplastics originating from 
the pipe material. 

1.4 Impacts of Microplastics on Human Health and the Environment 

The danger of microplastics lies in their ability to penetrate and spread throughout the human body. It has been shown that 

a typical adult may ingest or inhale approximately 40,000 microplastic particles annually (Yang et al., 2022). Due to their small 
size and physical-chemical properties, microplastics are capable of traveling through various tissues, and have been detected in 
the blood, as well as in vital organs such as the brain, liver, heart, and lungs. While the full extent of the health impacts remains 
unclear, multiple studies have identified potential pathologies associated with microplastic exposure (Nawab et al., 2024). For 
instance,  heart  diseases  have  been  linked  to  microplastic  presence,  suggesting  a  possible  causal  relationship.  Furthermore, 
evidence  indicates  that  microplastics  circulating  in  the  bloodstream  may  disrupt  the  endocrine  system,  altering  hormonal 
functions (Cong et al., 2024). 

The primary routes of microplastic entry into the human body are inhalation and ingestion (Yang et al., 2022). Inhalation is 

particularly  associated  with  airborne  microplastic  fibers,  which  are  small  enough  to bypass  the  respiratory  system's  natural 
defenses  (Prata  et  al.,  2021).  Studies  have  found  microplastic  fibers  embedded  in  lung  tissue,  which  may  lead  to  health 
conditions such as inflammatory responses and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) (Yang et al., 2022). 

Ingestion,  on  the  other  hand,  has  been  linked  to  adverse  effects  in  several  biological  systems,  including  the  immune, 

reproductive,  and  endocrine  systems  (Prata  et  al.,  2021).  The  toxic  components  of  microplastics  can  provoke  various 
consequences depending on the affected system (Yang et al., 2022). For example, in the immune system, the body’s defense 
mechanisms struggle to neutralize microplastics due to their distinct structural characteristics compared to typical pathogens. 
In the endocrine system, hormonal imbalances have been associated with the presence of additives such as bisphenol A (BPA), 
a known endocrine disruptor found in many plastic materials. Elevated BPA levels can lead to estrogen imbalances and are also 
associated with cardiovascular complications (Yang et al., 2022). 

1.5 Regulations and Standards 

In Colombia, the characterization of drinking water quality is governed by Resolution 2115 of 2007 (Gobierno de Colombia 

Ministerio de Vivienda, 2007). This resolution establishes the physical, chemical, and microbiological parameters that treated 
water must meet before being distributed to the population. It defines minimum acceptable concentrations for various minerals 
and other substances that could affect human health. However, it does not address the presence of microplastics. The parameters 
included in the resolution are based on known health risks associated with traditional contaminants, while emerging pollutants 
such as microplastics remain unregulated. Although there are regulations in Colombia prohibiting the use of single-use plastics 
(aimed at reducing environmental contamination and microplastic generation) these are not directly connected to water quality 
standards (Colombian Congress, 2022). 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

From a legislative perspective, the state operates under a set of legal instruments, including laws, decrees, and resolutions 

that govern the provision of drinking water. Among these, Resolution 2115 stands out for its technical content. Additionally, 
Colombia adheres to the International Health Regulations (IHR) (WHO, 2005), which provide a global framework for ensuring 
public health safety. However, the IHR do not specifically address microplastics, nor do they include technical criteria related 
to their presence in water. 

Internationally, regulatory approaches to microplastics vary. In jurisdictions such as the European Union, the United States, 

and China, regulations tend to focus primarily on primary microplastics,those intentionally manufactured at microscopic sizes 
(Mitrano  &  Wohlleben, 2020).  As  a  result,  secondary  microplastics,  which  originate  from  the  degradation  of  larger  plastic 
materials,  often  remain  unregulated,  allowing  their  continued  generation  and  accumulation.  Effective  regulation  requires  a 
comprehensive understanding of both the causes and consequences of microplastic pollution. In this regard, continued research 
can play a pivotal role in informing future regulatory frameworks and shaping global perspectives on the risks associated with 
microplastics (Jung et al., 2022). 

 

Figure 1. Process of research in Microplastics (Jung et al., 2022) 

2.  Methodology for Microplastic Identification 

2.1. Methodologies in the literature 

Protocols associated with the  identification of microplastics in drinking water  distribution systems have been detailed in 

various studies. In research conducted by Kirstein et al. (2021), samples were collected directly from the tap using a flow rate 
of 10 L/min. The water was filtered through stainless-steel filters with a pore size of 5 μm. As the filters became clogged with 
particles, the volume of water filtered varied accordingly. The filtered material was transferred to pre-muffled glass Petri dishes 
containing 70% ethanol and stored at -20°C to prevent contamination. 

To extract microplastics from the samples, all equipment was thoroughly decontaminated muffled at 500°C and rinsed with 

particle-free or deionized water. The samples were subsequently filtered again using 0.7  μm glass fiber filters. These filters 
were then transferred to muffled glass beakers and incubated in a 5% sodium dodecyl sulfate (SDS) solution at 50°C for 24 
hours. Following the removal of SDS, a density separation process using sodium polytungstate was carried out to isolate the 
microplastic particles. 

For the present investigation, the equipment to be used is the  ParticleFinder™: Automatic Particle Location and Raman 

Chemical ID, which includes a filtration kit with silicon (Si) filters. The protocol begins with the extraction of a 125 mL water 
sample, which is placed in a filtration flask connected to a vacuum pump. The flask is fitted with a funnel and a Si filter. When 
the vacuum pump is activated, the sample passes through the filter, capturing any microplastic particles present. 

The filter is then dried at 40°C for two hours to evaporate residual water. Once dry, it is analyzed using a Raman spectroscope 

integrated with the ParticleFinder™ system to identify and quantify microplastics. Results will be expressed as the number of 
particles per liter. The vacuum pump setup allows for successive filtrations of 125 mL to achieve a cumulative volume of 1 
liter per sample. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

 

Figure 2. Filt Kit Horiba 

3.  Generation of micro plastics inside laboratory conditions 

3.1. Water Hammer Phenomenon in Pipelines 

 
Water hammer is a transient hydraulic phenomenon that affects the flow within a pipe system. It is typically triggered by the 

abrupt closure of a valve, which causes a sudden reduction in flow velocity and an associated increase in pressure head. This 
results in the generation of a high-pressure pulse that propagates upstream at the sonic wave speed, denoted as  a. The initial 
pressure surge causes the flow to momentarily stop this marks the first of four characteristic waves associated with the water 
hammer phenomenon. 

As  the  upstream  flow  decelerates  completely,  the  system  attempts  to  stabilize  by  drawing  from  the  upstream  reservoir. 

However, since the reservoir pressure is now lower than the pressure in the pipeline (following the  arrival of the first wave), 
the flow tends to reverse, leading to a pressure drop inside the pipe. This reversed wave then travels back toward the closed 
valve. Upon reaching the valve, the flow is again abruptly stopped, generating a third wave that propagates upstream, this time 
with a pressure lower than the original pipeline pressure. 

At the reservoir, the wave is reflected once more, now moving downstream and causing a rise in pressure. Finally, the wave 

reaches the valve a second time, where the still-closed valve halts the flow, initiating the cycle anew. This repetitive  cycle 
continues until the energy of the waves is sufficiently dissipated by the materials in the system. 

Since the wave propagates at sonic speed (a), the time it takes for the wave to travel from the valve to the reservoir is given 

by L/a, where L is the pipe length. Thus, the characteristic intervals for the wave reflections are: 

•  First wave: 0 < t < L/a (a) 
•  Second wave: L/a < t < 2L/a (b) 
•  Third wave: 2L/a < t < 3L/a (c)  
•  Fourth wave: 3L/a < t < 4L/a (d) 

 

 

Figure 3. Water Hammer Phases (Streeter et al., 1998) 

 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

The water hammer phenomenon has significant implications depending on the specific system conditions. It can generate 

pressures that exceed the pipe's design limits, potentially damaging system components such as pumps. Moreover, in addition 
to  the  high-pressure  surges,  the  resulting  negative  pressures  can  be  even  more  detrimental.  Pipes  are  typically  designed  to 
withstand internal positive pressures, but under vacuum or sub-atmospheric conditions, they may collapse (Streeter et al., 1998). 

This  study  places  particular  emphasis  on  the  deformations  caused  by  water  hammer,  as  these  mechanical  stresses  (both 

compressive  and  tensile)  can  degrade  pipe  material  integrity  over  time.  Such  degradation  can  contribute  to  the  release  of 
microplastics into the water, especially in systems using plastic materials like PVC or PE. 

The equations associated with this phenomenon are the following:  
The equation of motion: 
 

 

𝜕𝑉

𝜕𝑡

+

1
𝜌

𝜕𝑝
𝜕𝑥

+ 𝑔 𝑠𝑖𝑛𝜃 +

𝑓 𝑉|𝑉|

2𝐷

=  0 

(1) 

 
The equation of continuity: 

 

𝜕𝑝

𝜕𝑡

+ 𝜌𝑎

2

𝜕𝑉

𝜕𝑥

= 0 

 

(2) 

 
Where: 

 

𝑎 =

𝐾/𝜌

√1 + (

𝐾

𝐸

) (

𝐷

𝑒

− 2)

 

 

(3) 

Overpressure in the pipeline: 
 

 

𝑃 =

𝑎𝑉

𝑔

 

(4) 

 
And: 

𝑝: Pressure inside the pipe 
𝜌: Density of the fluid in the pipe. 
𝑉: Velocity in the pipe 
𝑥: Developing distance in the pipe. 
𝑡: Developing time since the closure of the valve. 
𝐷: Diameter of the pipe  
𝑒: Thickness of the pipe. 
𝐸: Young’s Modulus for the pipe material. 
𝐾: Compressibility of the fluid. 
𝑃: Overpressure caused by the Water Hammer. 
𝑔: gravity 9.81 m/s

2

 . 

 
The deformations can be determined by the pressure made in the walls that generates the tensile and compressive stress 

(Hariri Asli et al., 2024). 

As was already exposed microplastics can be related with the internal degradation of the pipe, the for the  investigation is 

stated that if it is possible to degrade a pipe with mechanical deformation it is possible to find afterwards microplastics (Świetlik 
& Magnucka, 2025). 

Then overpressure inside the pipe that is going to be analyzed will be estimated with Equation 4. This equation is taken from 

the catalogues of the pipes that are being used. 

3.2. Methods for generating the water hammer. 

For generating the water hammer a model should be designed and built. For the selection of the design other studies were 

seen. The water hammer is going to be analyzed inside pipelines. The water hammer is often made by a rapid closure of a valve. 
The detention of the flow makes a wave of high pressure, and then a wave of low pressure. The models that have been built 
works according different characteristics. So, for each model seen, the characteristics that are  evaluated are relevant. For the 
study of Malesińska et al. (2020) the model that was built has the following setup. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

 

Figure 4. Model of. Malesińska et al. (2020) 

Where: Measuring station for the research of water hammer: 1 = reducing valve; 2 = pressure tank; 3–5 = tested pipes with 

variable geometric parameters (diameter and length of tested section); 6 = measuring vessel; 7–10 = pressure sensors; 11 = 
shut-off valve with closing time meter; 12 = amplifier; 13 = PC with analog card; and 14 = regulated pipe clamping  to the 
ground 

For this setup the pressure of the flow at initial conditions had values of 4 bar and when the wave started the pressure could 

arise until values of 12 bar. Different sections of pipes were used, but in the experiment the types were combined  in order to 
make a venturi effect. This venturi effect was also associated with the generation of cavitation. 

There is another model that has a purpose of measuring the wave. As the study made by Xu et al. (2023) 

 

Figure 5. Model of Xu et al. (2023) 

In  this  setup  a  singular  147.8m  long  pipe,  of  8  and  5  centimeters.  This  investigation  had  an  aim  of  determining  the 

characteristics of the waves formed by water hammer, the longer distance give bigger intervals for the wave to transport. 

In the investigation by Han et al. (2022) had the aim of characterizing a ball valve. The ball valve has the main attribute of 

being able to make instant closes in pipelines with ease. The setup for this research is designed as it follows. 

 

Figure 6. Model by Han et al. (2022) 

The experiment had flows up to 600 

𝑚

3

/ℎ, and the pressures when the valve was closed could reach up to 600 kPa. The 

measure had the objective of characterizing the times of closure of the ball valve. The physical model had feedback with a CFD 
model where the pressures associated with the  

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

3.3. Mechnical behaviour of the materials. 

For the experimental protocol developed in this thesis, a controlled physical laboratory model was designed to characterize 

the  generation  of  microplastics  induced  by  water  hammer  events.  The  materials  selected  for  evaluation  include  polyvinyl 
chloride (PVC), high-density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), and chlorinated polyvinyl chloride (C-PVC), which 
are widely used in drinking water distribution systems. These materials were comparatively assessed based on their mechanical 
properties  and  viscoelastic  behavior,  with  particular  emphasis  on  their  response  to  transient  stress  conditions.  The  analysis 
focused  on  the  manner  in  which  each  material  accommodates  rapid  pressure  fluctuations  associated  with  water  hammer, 
allowing  for  the  identification  of  material-dependent  mechanical  responses  that  may  influence  microplastic  generation 
mechanisms. 

According to the framework presented in  Mechanical Properties of Solid Polymers (Ward & Sweeney, 2013), the elastic 

modulus is a primary parameter governing how a polymeric material responds to rapidly applied loads. In this context, PVC 
and CPVC exhibit the highest elastic modulus among the materials analysed, indicating a relatively stiff mechanical response 
with limited elastic deformation under stress. This stiffness implies that pressure waves generated during hydraulic transients 
are transmitted with minimal attenuation through the pipe wall, resulting in higher instantaneous stresses at the material fluid 
interface. In contrast, HDPE shows a significantly lower elastic modulus and markedly higher elastic deformability, allowing 
the  pipe  wall  to  undergo  radial  expansion  during  pressure  surges.  Polypropylene  presents  an  intermediate  behavior,  with 
stiffness greater than HDPE but substantially lower than PVC and CPVC. Consequently, under water hammer conditions, PVC 
and  CPVC  are  expected  to  experience  higher  localized  stress  concentrations,  while  HDPE  and,  to  a  lesser  extent,  PP  can 
partially dissipate transient energy through elastic deformation. 

Ward and Sweeney emphasize that tensile strength alone is insufficient to describe mechanical performance, as ductility and 

fracture  behavior  play  a  decisive  role  under  dynamic  loading.  HDPE,  characterized  by  very  high  elongation  at  break  and 
pronounced ductile behavior, exhibits strong resistance to brittle fracture even under rapid loading conditions such as water 
hammer. This ductility allows stresses to be redistributed within the polymer matrix, reducing the likelihood of crack initiation. 
Polypropylene, depending  on its  grade,  shows  moderate  to high  elongation  and  a  mixed ductile–brittle  response,  making  it 
more resistant to sudden fracture than PVC-based materials but less tolerant than HDPE. Conversely, PVC and CPVC, despite 
their  higher  tensile  strength, display  limited  elongation  and  greater notch  sensitivity,  which  increases  their  susceptibility  to 
brittle fracture when exposed to repeated pressure transients. Under water hammer events, this mechanical behavior suggests a 
higher risk of microcrack initiation in PVC and CPVC pipes, particularly at defects, joints, or areas affected by aging. 

A key concept highlighted in Mechanical Properties of Solid Polymers is the viscoelastic nature of thermoplastics, where 

time-dependent deformation and cyclic loading can lead to progressive damage. Water hammer generates short-duration but 
high-amplitude stress cycles that, when repeated over the service life of a pipe, may contribute to fatigue and slow crack growth. 
HDPE, while highly ductile, is more susceptible to long-term creep; however, its ability to absorb and damp pressure waves 
reduces peak stresses during each transient event. Polypropylene exhibits moderate viscoelastic behavior, balancing stiffness 
and energy dissipation, which may limit damage accumulation under moderate transient regimes. In contrast, PVC and CPVC, 
due to their higher stiffness and lower energy-dissipation capacity, experience higher stress amplitudes during water hammer 
events,  accelerating  fatigue  processes  at  the  microscale.  This  mechanical  response  is  particularly  relevant  for  studies  on 
microplastic generation, as repeated transient-induced stresses may promote surface degradation and particle release in rigid 
polymer pipes over time. 

The final experimental setup was constructed using PVC pipes and an HDPE storage tank. However, the system incorporates 

a modular test section that can be readily replaced, allowing different pipe materials to be evaluated under identical hydraulic 
conditions.  A  detailed  description  of  the  final  laboratory  model,  including  its  configuration  and  operational  parameters,  is 
provided in the following chapter. 

4.  Design of Laboratory Model 

4.1. Design for Thesis I 

The  prototype  reproduces  hydraulic  transients,  specifically,  water  hammer  events,  through  the  abrupt  closure  of  valves, 

simulating  real  operating  conditions  in  drinking  water  distribution  systems.  Manometers  and  flowmeters  were  installed  to 
monitor pressure and flow during testing. A total of eight tests were conducted under different configurations of pipe diameter 
and  pump  operation.  All  configurations  were  tested  for  structural  stability,  repeatability  of  pressure  waves,  and  sampling 
feasibility. 

The  models  researched  are  in  the  document  review  made  for  the  last  semester.  The  first  prototype  was  schematized  as 

follows: 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

 

Figure 7. First Physical Prototype 

This model had the following components: 

 

 

Figure 8. Flowmeter Measure 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

 

(a) 

 

(b) 

 

(c) 

 

(d) 

Figure 9. (a) Globe Valve. (b) Pump System. (c) Prestolock with hose, connected to the differential manometer. (d) Downstream Ball Valve 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

10 

 

 

 

 

 

 

Figure 10. First Model 

As is shown in the figure the place where the contraction is the place where the pipeline could be changed to give different 

hydraulic conditions to the water hammer. 

A preliminary sample was taken from this model, yet some characteristics were identified. This model was measuring the 

pressure far from the contraction. The manometers could be used to calibrate the friction factor inside the model; however the 
pressure that could be given by the pumps was bigger than the pressure that could be measurable. That inconvenience was 
caused by not reviewing the specifications of the equipment. 

The model had a contraction too short, this caused cavitation in the model. The contraction was made in the pipe where the 

water hammer is generated to have a length of 50 cm. This length could be much bigger to ensure that the conditions in the 
model could be controlled. Then the model must be adjusted to make the length of changeable part the biggest as possible, then 
the scheme for the model was changed for the following. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

11 

 

Figure 11. Second prototype 

In this second prototype a glycerine manometer was added to the configuration to measure the pressure in the right 

scale. 

 

Figure 12. Glycerine Manometer 

Also the changeable part was long enough, and cavitation was not an important factor. 

 

Figure 13. In the intermittent it is the pipe (1/2" diameter PVC) that could be changed for the model 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

12 

This part of the model shown in red can be changed to try different diameters and materials. 4 trials were made with this 

configuration. For the diameter of ½” and 1” two tests were made, one with one pump working and the other with 2 pumps, 
these change the conditions of the flow as the pressure was always regulated with a pressure check valve that gets a maximum 
of 50 PSI that was always reached. 

4.2. Design for Thesis II 

Para Thesis I se desarrollaron dos modelos diferentes. Uno preliminar el cual buscaba forzar la cavitación en el modelo y 

otro en el cual se enfocara a la generación de mocriplásticos a través del golpe de ariete. Con estos y sus resultados se observaron 
diversas  condiciones  que  hicieron  que  se  propusiera  un  modelo  completamente  nuevo  con  un  sistema  de  almacenamiento 
diferente. Esto implicaría un diseño nuevo con las conexiones de las bombas a un sistema de almacenamiento separado. 

Two  distinct  experimental  models  were  developed  in  the  course  of  Thesis  I.  The  first,  a  preliminary  configuration,  was 

designed to intentionally induce cavitation within the system. The second model focused on the generation of microplastics 
associated  with  water  hammer  events.  The  results  obtained  from  these  configurations  allowed  the  identification  of  several 
limitations,  which  ultimately  motivated  the  proposal  of  a  redesigned  experimental  model  incorporating  a  modified  storage 
configuration. This new design decouples the pumping system from the primary storage tank,  enabling improved control of 
hydraulic transients and experimental conditions. 

The previous model had two issues that had to be corrected to get clear resultsThe first issue with the second prototype was 

the presence of scales inside the model. For this the model should be built in plastic pipes. This condition limits the model to 
leaving  all  suction,  impulsion,  conduction,  and  return  in  the  same  material,  which  could  be  affected  and  degraded  in  the 
generation  of  water  hammer. For  this  purpose,  a  test  section  is  left  which  could  be  replaceable  in  diameter  and  material  to 
perform different tests and thus evaluate the generation under different conditions. 

The second issue with the second prototype is related to the volume stored inside the model. The volume does not ensure a 

control sample, as it has several contaminants, as the scales. In turn, due to its size, the storage tank does not allow for optimal 
mixing  of  the  microplastics  generated  in  the  model.  This  means  that  the  samples  extracted  may  contain  erroneous  results 
regarding their extraction. Therefore, the storage tank was separated from the rest of the model and suction was implemented 
from this 250 L tank to the pumping system using PVC pipes or the material of interest. This would ensure optimal mixing 
time and a much shorter retention time. 

The model was constructed with a 250-liter storage tank and a PVC suction pipe from the pump to the tank. This tank was 

to be placed on an elevated structure to facilitate pumping and ensure the priming of the pump. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

13 

 

Figure 14. Laboratory Model 

A non-intrusive Doppler flow meter was installed in the model. This equipment uses two probes to determine the flow rate 

with a high degree of accuracy.  This flow meter can be seen in the image above. The figure above also shows three pipes. The 
one coming out of the front of the tank is the suction pipe, which carries the flow from the tank to the pump. The bypass pip e 
runs up the side of the tank. This pipe has two main functions. The first is to regulate the flow rate, allowing it to be adjusted 
so that the tests can have different hydraulic characteristics. The second is to act as a water hammer damper for the pump. This 
bypass allows the flow to be diverted through this pipe and discharged completely into the storage tank when water hammer 
occurs. This prevents the pumps from overheating due to a complete stoppage of the flow. There is also the discharge pipe. 
This pipe carries the flow to the test section. After the test section, there is the return pipe, which transports the water after the 
test section to the storage tank. 

By Pass Pipe 

Suction Pipe 

Discharge Pipe 

Doppler Flow meter 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

14 

 

 

Figure 15. Pump and connections 

The model is designed so that different parts can be replaced and changed in terms of material or size if required. 

 

 

Figure 16. Test Section 

The figure shows two parallel pipes, one resting on the metal structure and the other on the ground. The pipe on the structure 

corresponds to the test section, which has several accessories to easily change the material or size of the pipe. It also has pressure 
gauges that record the pressure before and after the water hammer. Before the test section, there is a check valve to prevent 
backflow in the system after the water hammer, which pressurizes the test section after the water hammer. There are also ball 
valves before and after the test sections. The valve after the test section generates the water hammer by closing suddenly, and 
the valve before the test section serves to seal the test section and take the sample for analysis. 

Suction Pipe 

Return Pipe 

Test Section 

Pump 

Discharge pipe 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

15 

5.  Process 

The  sample  analysis  and  extraction  procedure  consists  of  three  main  stages:  microplastic  generation,  extraction,  and 

identification. The proposed protocol was developed based on the physical laboratory models and was tailored to the available 
hydraulic conditions and water quality characteristics of the experimental system. 

5.1.  Generation 

To simulate microplastic formation induced by hydraulic transients, a pressurized hydraulic model was constructed using 

two 6 HP pumps. The system was designed to generate controlled water hammer events within interchangeable pipe sections 
manufactured from PVC, HDPE, polypropylene (PP), or chlorinated PVC (C-PVC). 

For each experimental trial, a 250 L storage tank was filled with tap water. Upon completion of each test, the water was 

discharged into the recirculation system of the hydraulics laboratory. Prior to microplastic generation, the system was prepared 
by  fully opening  all  valves  and  initiating  pump  operation. The  flow  was  allowed  to  stabilize  under  steady-state  conditions, 
ensuring the absence of leaks, blockages, or abnormal pressure losses throughout the pipeline. 

Before  inducing  water  hammer,  the  hydraulic  system  was  characterized  to  establish  baseline  conditions.  This 

characterization was performed by gradually closing the bypass valve while measuring flow rates and pressure values upstream 
and  downstream  of  the  test  section.  Incremental  adjustments  of  the  bypass  valve,  combined  with  corresponding  flow  and 
pressure measurements, allowed for the estimation of the pipe roughness coefficient based on the known geometric and material 
properties of the pipeline. This step was critical to document the initial hydraulic condition of the pipe prior to any degradation 
associated with transient loading. 

Following system characterization, water hammer generation was initiated. The bypass gate valve was progressively closed 

until a slight pressure buildup was observed at the bypass outlet connected to the storage tank. The system was then operated 
for five minutes to ensure adequate mixing and homogenization of the circulating water volume. Subsequently, the pumps were 
turned  off  and  a  200  mL  water  sample  was  collected  to  serve  as  the  pre–water  hammer  reference  sample  for  microplastic 
analysis. 

The pumps were then restarted, and after an additional five-minute stabilization period, the first water hammer event was 

generated. Immediately prior to each transient event, flow velocity was measured using a Doppler flowmeter, and pressures 
were recorded using installed manometers. Water hammer was induced by the abrupt closure of the downstream valve of the 
test section, while a check valve located upstream limited reverse flow and protected the system. A total of five water hammer 
events were generated, each separated by five-minute intervals. During these events, excess pressure was relieved through the 
bypass line to protect the pumps from over-pressurization. 

After  completion  of  the  five  water  hammer  cycles,  the  pumps  were  turned  off  and  a  second  200  mL  water  sample  was 

collected from the system. Both pre- and post-water hammer samples were subsequently processed following the microplastic 
extraction and identification procedures described in the corresponding section. 

Finally another diameter of pipe or material can be used for the next generation of water hammer. 
Following  the  experimental  tests,  the  pipe  must  be  recharacterized  using  the  same  procedure  applied  during  the  initial 

hydraulic characterization in order to recalculate the pipe roughness coefficient. Any variation in the estimated roughness may 
indicate  internal  degradation  or  abrasion  of  the  pipe  wall  induced  by  repeated  water-hammer  events.  In  addition,  it  is 
recommended  to  dismantle  the  pipe  after  testing  and  perform  direct  surface  analyses  using  techniques  such  as  optical 
profilometry or confocal laser scanning microscopy to quantitatively assess changes in internal surface roughness. 

5.2. Extraction 

For each sample of 200 ml some process should be made. There 5 steps for the extraction. 
The procedure consists of five sequential steps: (i) filtration to concentrate suspended solids; (ii) organic digestion of the 

retained solids; (iii) mixing of the digested material with a zinc chloride solution for density separation; (iv) extraction of the 
resulting supernatant; and (v) dilution of the supernatant prior to microplastic identification. 

The objective of this protocol is to extract microplastics from samples collected from the hydraulic model. Pre- and post-

experiment samples are processed in parallel and subjected to identical treatment to ensure comparability before proceeding to 
the identification stage. 

i. 

Filtration 

The following materials are required for the filtration step: 

•  Vacuum glass filtration flasks. 
•  Vacuum hose. 
•  Cellulose nitrate membrane filter with a pore size of 0.45 µm. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

16 

•  250 mL Erlenmeyer flask. 

• 

200 mL water sample collected from the physical model.

 

For filtration, the cellulose nitrate membrane is placed in the filtration apparatus and connected to the vacuum system. The 

sample is then poured slowly and continuously into the  filtration funnel to avoid adhesion of suspended solids to the vessel 
walls.  After  the  entire  volume  has  been  filtered,  the  membrane  containing  the  retained  solids  is  carefully  removed  and 
transferred to a 250 mL Erlenmeyer flask, while the filtrate is discarded. This procedure allows for the collection of all particles 
larger than 0.45 µm present in the sample. 

 

Figure 17. Filtration kit for extraction 

ii. 

Organic Digestion 

The following tools and reagents are required for the digestion step: 

•  100 mL of deionized water. 
•  20 mL of 50% hydrogen peroxide (H₂O₂). 
•  Laboratory oven. 
•  Erlenmeyer flask containing the membrane filter with retained solids. 
•  Aluminum foil. 
•  Sonicator. 

For digestion, 100 mL of deionized water and 20 mL of hydrogen peroxide are added to the Erlenmeyer flask containing the 

membrane filter. The flask is sonicated for 5 minutes to detach solids adhering to the filter surface, as preliminary tests showed 
that  residual  adhesion  could  retain  potential  microplastic  particles.  Following  sonication,  the  Erlenmeyer  flask  is  loosely 
covered with aluminum foil perforated with small holes to allow gas release and then placed in a laboratory oven at 60 °C for 
24 hours. 

This  digestion  step  is  intended  to  degrade  organic  matter  present  in  the  sample  or  coating  the  retained  solids.  Effective 

removal of organic material is essential for subsequent identification, as organic compounds can produce interfering Raman 
signals that obscure or contaminate the spectra of microplastic particles. 

As illustrated in the corresponding Figure 18, early samples exhibited high turbidity and coloration during digestion. These 

effects were eliminated after modifications to the hydraulic model, and were no longer observed in the final samples analyzed. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

17 

 

Figure 18. Sample before digestion 

iii. 

Density Separation 

For the density separation step, the following materials and reagents are required: 

•  45 g of zinc chloride (ZnCl₂). 
•  30 mL of deionized water. 
•  Vacuum filtration apparatus. 
•  Vacuum hose. 
•  Cellulose nitrate membrane filter with a pore size of 0.45 µm. 
•  Erlenmeyer flask containing the digested sample. 
•  Clean 250 mL Erlenmeyer flask. 
•  Magnetic or mechanical mixer. 
•  Sonicator. 

Once  the  digestion  step  is  complete,  the  filtration  procedure  is  repeated  following  the  same  protocol  used  for  the  initial 

filtration. The membrane filter used during digestion is discarded, ensuring that no residual solids remain adhered to it. The 
digested solution is then filtered using the vacuum filtration apparatus equipped with a new 0.45 µm cellulose nitrate membrane. 

After filtration, the membrane containing the retained solids is transferred to a clean 250 mL Erlenmeyer flask. Subsequently, 

45 g of zinc chloride and 30 mL of deionized water are added to the flask, yielding a ZnCl₂ solution with a mass ratio of 
approximately 1.5:1 (ZnCl₂:water). The mixture is gently agitated using a mixer to promote dissolution and then placed in a 
sonicator for 30 minutes to ensure complete dispersion of particles and homogenization of the solution. 

The  resulting  ZnCl₂  solution  has  an  estimated  density  in  the  range  of  1.6–1.8  g/cm³,  which  enables  effective  density 

separation of microplastics. Common polymers present in the samples, such as PVC (≈1.2–1.4 g/cm³), polypropylene (≈0.90 
g/cm³), and HDPE (≈0.90–1.00 g/cm³), have lower densities than the solution and therefore remain suspended or float in the 
upper phase, while denser inorganic particles settle. 

Following mixing, the Erlenmeyer flask is left undisturbed to allow mineral and other high-density particles to precipitate, 

thereby facilitating subsequent recovery of microplastics from the supernatant. 

iv. 

Supernatant extraction 

The following tools are required for supernatant extraction: 

•  10 mL test tube. 
•  10 mL pipette. 
•  Pipette bulb. 
•  Erlenmeyer flask containing the density-separated sample. 

To extract the supernatant, the pipette fitted with a bulb is carefully inserted into the Erlenmeyer flask, which contains the 

microplastics concentrated in the upper phase following density separation. A volume of 10 mL of the supernatant is gently 
withdrawn, taking care not to disturb the settled material at the bottom of the flask. This supernatant represents the fraction 
enriched in microplastics and is expected to contain most particles with densities lower than that of the ZnCl₂ solution. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

18 

The collected 10 mL aliquot therefore contains microplastics in a diluted form and is subsequently used for further processing 

and identification. 

v. 

Dilution 

For the dilution step, the following materials are used: 

•  Four 125 mL Erlenmeyer flasks, each containing 90 mL of deionized water. 
•  A 10 mL graduated cylinder containing the extracted supernatant. 

To  prepare  the  dilutions,  a  serial  dilution  procedure  is  performed  to  obtain  concentrations  suitable  for  microplastic 

identification. First, 10 mL of the extracted supernatant is transferred into an Erlenmeyer flask containing 90 mL of deionized 
water, producing a 1:10 dilution. Subsequently, 10 mL of this diluted solution is transferred into a second Erlenmeyer flask 
containing 90 mL of deionized water to obtain a 1:100 dilution. This serial dilution process is repeated until a final dilution of 
1:10,000 is achieved. 

Adequate dilution is critical for microplastic identification, as the analytical procedure involves filtering the sample onto a 

1 cm² membrane. Excessive particle loading can lead to filter saturation, hindering particle discrimination and spectral analysis. 
Therefore, the applied dilution factors are explicitly accounted for during the quantification of microplastics. 

Finally, the Erlenmeyer flasks containing the 1:10,000 dilutions (total volume of 100 mL) corresponding to the pre- and 

post-experiment samples are selected for subsequent filtration and microplastic analysis. 

5.3. Identification 

Microplastic identification is performed using Raman spectroscopy with a HORIBA confocal Raman microscope coupled 

with ParticleFinder software. Identification is carried out on silica membrane filters onto which the microplastic particles  are 
deposited. 

For each sample (pre- and post-experiment), the diluted supernatant is filtered through a dedicated silica filter using a vacuum 

filtration system, as illustrated in Figure 19. Proper dilution is essential to prevent filter clogging and particle overlap, as shown 
in Figure 20. Pre- and post-experiment samples are filtered separately using individual filters to avoid cross-contamination. 
Following filtration, the filters are dried in a laboratory oven at 60 °C for  24 hours to remove residual moisture, which can 
otherwise distort Raman spectra. This drying step was found to significantly improve spectral quality. Each silica filter is used 
only once, as cleaning procedures were insufficient to eliminate residual contamination; although this increases consumable 
costs, it ensures data integrity. 

After drying, each filter is placed on the HORIBA microscope stage for particle identification. For analysis, a 500 µm × 500 

µm analysis window is defined, and a total of sixteen such windows are analyzed per filter. These areas are selected in regions 
with  visibly  higher  particle  concentrations  to  ensure  comparable  analytical  conditions  between  pre-  and  post-samples.  All 
particles  within  each  window  are  analyzed,  regardless  of  their  nature.  Non-plastic  particles,  such  as  cellulose  nitrate  filter 
residues or zinc chloride crystals, are readily distinguished and excluded based on their Raman spectra. 

Due  to  instrument  availability  and  analysis  time  (approximately  two  hours  per  sample  pair),  pre-  and  post-samples  can 

currently  be  processed  at  a  maximum  frequency  of  once  per  week,  representing  the  main  bottleneck  of  the  experimental 
workflow.  To  address  this  limitation,  specialized  training  of  the  researcher  in  microscope  operation  is  proposed,  enabling 
extended instrument use and increasing the number of samples analyzed per week in accordance with the protocol requirements. 

 

 

Figure 19. Identification filtration system 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

19 

 

Figure 20. Silicate Filter placement 

 

Figure 21. Particle Finder Software 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

20 

 

Figure 22. Flow Diagram 

6.  Discussion 

6.1. Trials 

The detection of the particles was made for each sample. The identification is based in the Raman Spectrography, in which 

the specter of the sample is compared to the characteristic bands of reflection of each material. During identification, a thorough 
characterization of the particles present in the analysis sample is performed, involving morphology and material. 

 

 

Figure 23. Typical specters for plastics 

(Araujo et al., 2018)

 

Raman spectroscopy is a non-destructive analytical technique used to study vibrational, rotational, and other low-frequency 

modes  in  a  system,  providing  a  molecular  fingerprint  of  materials.  It  works  by  shining a  monochromatic  laser  light onto  a 
sample and detecting the inelastically scattered light, which contains shifts in energy corresponding to the vibrational modes of 
the  molecules.  These  energy  shifts,  known  as  Raman  shifts,  reveal  detailed  information  about  the  chemical  composition, 
molecular structure, and interactions within the sample. Raman spectroscopy is widely used in chemistry, materials science, 
biology, and pharmaceuticals for both qualitative and quantitative analysis. 

 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

21 

Experimental tests were conducted in two distinct phases corresponding to the two stages of the thesis. During the first phase 

(Thesis I), experiments were performed using an existing hydraulic model that was adapted and implemented in the hydraulics 
laboratory.  Based  on  the  results  and  limitations  identified  in  this  initial  phase,  the  experimental  setup  was  subsequently 
improved by designing and constructing a new hydraulic model, which was connected to the same pumping system. 

In the second phase (Thesis II), the refined model enabled improved control of experimental conditions and the testing of 

additional configurations, including alternative pipe materials and model adaptations. As a result, the proposed experimental 
protocol was applied to a broader and more robust set of samples in this phase. Table 1. Samples Tested Thesis I summarizes 
the tests conducted during Thesis I, while Table 2. Samples Tested Thesis II presents the tests carried out during Thesis II. 

For each sample there was an analysis in the identification. The samples taken are the following for thesis I: 
 

Sample 

Characteristics 

White Sample 

Sample of the water that fills the model 

Preliminar Sample 

Sample with one water hammer 

½” and 2 Pumps 

Sample in a PVC pipe with a nominal pressure of 200 

PSI with a diameter of ½” and both pumps working 

½” and 1 Pump 

Sample in a PVC pipe with a nominal pressure of 200 

PSI with a diameter of ½” and one pump working 

1” and 2 Pumps 

Sample in a PVC pipe with a nominal pressure of 200 

PSI with a diameter of 1” and both pumps working 

1” and 1 Pump 

Sample in a PVC pipe with a nominal pressure of 200 

PSI with a diameter of 1” and one  pump working 

Table 1. Samples Tested Thesis I 

For Thesis II the sample taken were the following: 
 

Sample 

Characteristics 

Pre PVC 1” 

Sample taken before the water hammer 

Post PVC 1” 

Sample taken after the water hamer 

Pre PVC ½” 

Sample taken before the water hammer 

Post PVC ½” 

Sample taken after the water hamer 

Pre PVC ¾” 

Sample taken before the water hammer 

Post PVC ¾” 

Sample taken after the water hamer 

Pre C-PVC ½” 

Sample taken before the water hammer 

Post C-PVC ½” 

Sample taken after the water hamer 

Pre C-PVC ¾” 

Sample taken before the water hammer 

Post C-PVC ¾” 

Sample taken after the water hamer 

Pre PP ½” 

Sample taken before the water hammer 

Post PP ½” 

Sample taken after the water hamer 

Pre PP ¾” 

Sample taken before the water hammer 

Post PP ¾” 

Sample taken after the water hamer 

Pre HDPE 1” 

Sample taken before the water hammer 

Post HDPE 1” 

Sample taken after the water hamer 

Pre HDPE ½” 

Sample taken before the water hammer 

Post HDPE ½” 

Sample taken after the water hamer 

Table 2. Samples Tested Thesis II 

 
For  all  defined  samples,  a  flow  rate  of  2.5  L  and  a  working  pressure  of  344  kPA  were used,  which  were  the  conditions 

provided by the pump. 

For  the  samples  corresponding  to  Thesis  II,  both  pre-  and  post-experiment  samples  were  collected.  The  protocol  was 

modified to require microplastic quantification before and after the water-hammer event, ensuring a robust comparison between 
baseline  and  post-degradation  conditions.  This  approach  allows  the  effects  of  water  hammer  to  be  isolated  from  other 
experimental variables and enables proper normalization of results across tests with differing conditions, such as pipe material, 
diameter, flow rate, and operating pressures. 

Each sample had an image where the analysis was made this are the images: 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

22 

 

 

Post 1” PVC 

 

Pre ½” PVC 

 

Post ¾” 

 

White Sample 

 

Preliminary Test 

 

1” 2B PVC 

Figure 24. Images of the HORIBA Microscope 

The it was important to look to the particles that could have a resemblance to the particles of the standards of microplastic 

that had been seen. 

Then  the  particles  where  trialed  with  the  particle  finder  and  the  spectra  would  be  categorized  according  to  the  standard 

spectra observed. 

To identify according the spectra, the standards of some microplastics were trialed and produced. 
 

 

Figure 25. Standard Spectrum 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

23 

However for the investigation the most important microplastic would be the one of the material, as PVC, PP or PE. C-PVC. 

The bands to determine each of the material are the following. This identification is completely cualitative article by particle. 

 

Polymer  Raman band (cm⁻¹) 

Main vibrational assignment 

Diagnostic relevance 

PVC 

610–640 

C–Cl stretching 

Primary diagnostic band for PVC 

695 

C–Cl deformation 

Confirms chlorinated polymer 

960–980 

C–C stretching 

Supporting band 

1095–1145 

C–C stretching 

Supporting band 

1430–1450 

CH₂ bending 

Common polymer band 

2910–2970 

C–H stretching 

Supporting band 

CPVC 

630–700 

C–Cl stretching (broader/shifted) 

Primary diagnostic band (higher chlorination) 

960–1000 

C–C stretching 

Supporting band 

1100–1150 

C–C stretching 

Supporting band 

1430–1450 

CH₂ bending 

Common polymer band 

2900–2970 

C–H stretching 

Supporting band 

PP 

840–850 

CH₃ rocking 

Primary diagnostic band for PP 

973–999 

C–C stretching 

Supporting band 

1160–1180 

C–C stretching 

Supporting band 

1450–1460 

CH₃ asymmetric bending 

Distinguishes PP from PE 

2880–2950 

C–H stretching (CH₃ dominant) 

Strong confirmation 

HDPE 

1060–1065 

C–C stretching (crystalline PE) 

Primary diagnostic band 

1128–1132 

C–C stretching (crystalline PE) 

Strong confirmation 

1295 

CH₂ twisting 

Supporting band 

1440–1450 

CH₂ bending 

Distinguishes from PP 

2848–2880 

C–H stretching (CH₂) 

Supporting band 

Table 3. Bands for identification for each material 

6.2. Quantificaction 

Based  on  the  conditions  evaluated  in  the  experimental  tests,  an  estimate  of  uncertainty  was  obtained  using  a  Poisson 

statistical model. This model is intended to provide an order-of-magnitude estimate of the number of microplastic particles 
generated during each test, rather than serving as a basis for definitive conclusions. Accordingly, the quantification approach 
is used as a supporting analytical tool to contextualize the results. The quantification analysis is performed as follows: 

Raman  analysis  produces  non-negative  integer  counts of  MPs  within  each  scanned  window.  Under  the  assumptions  that  

MPs  are  randomly  distributed  within  the  deposited  area  at  the  scale  of  the  500  ×  500  µm  window,  and  (b)  each  particle’s 
presence in the window is independent of other particles, the count in a given window can be modeled as a realization of a 
Poisson process. The Poisson model is standard for rare-particle events observed in fixed-area subsamples. 

i.  Poisson distribution and properties 

Let 

𝑌

𝑖

denote the MP count observed in window 

𝑖(area 𝑎

𝑤

). The Poisson distribution is defined as: 

 

𝑌

𝑖

∼ Poisson(𝜆) 

 

(5) 

 
where 

𝜆 > 0is the expected number of MPs per Raman window in the final working deposit. The probability of observing 

exactly 

𝑦particles in a window is: 

 

Pr (𝑌

𝑖

= 𝑦) =

𝑒

−𝜆

𝜆

𝑦

𝑦!

, 𝑦 = 0,1,2, … 

(6) 

Key properties enabling inference are: 

a.  Mean equals the rate 

 

𝔼[𝑌

𝑖

] = 𝜆 

(7) 

b.  Variance equals the mean 

 

Var(𝑌

𝑖

) = 𝜆 

(8) 

 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

24 

c.  Additivity 

If windows are independent, the sum ∑

𝑌

𝑖

𝑘

𝑖=1

 is also Poisson with parameter 

𝑘𝜆. 

These properties justify estimating 

𝜆using the sample mean of the 16 windows. 

ii.  Estimation of MPs in the original 200 mL sample  

Area-based up-scaling 

The deposit area is 

𝑎

𝑑

= 1 cm

2

= 10,000

2

 𝜇𝑚

2

 
Each Raman window has 

𝑎

𝑤

= 500 × 500 𝜇𝑚

2

 
Thus, the fraction of the deposit scanned by one window is: 

 

𝑓

𝑎𝑟𝑒𝑎

=

𝑎

𝑤

𝑎

𝑑

 

(9) 

 
and the deterministic area expansion factor is: 

 

𝐴 =

1

𝑓

𝑎𝑟𝑒𝑎

 

(10) 

 
Numerically, 

𝐴 = 400, meaning each observed particle corresponds to an expected 400 particles across the full deposit of 

the final working sample. 

Dilution-based up-scaling 

Because the final working 100 mL suspension contains 

1/𝐷 of MPs originally present in 200 mL, the scaling back to the 

raw sample is performed by multiplying by the dilution factor 

𝐷 = 10 000. 

Point estimator 

Let 

𝑦

1

, … , 𝑦

16

be the measured counts per window. The estimated mean count per window is: 

 

 

𝑦ˉ =

1

16

∑ 𝑦

𝑖

16

𝑖=1

 

(11) 

 
The estimated total MPs in the original 200 mL sample is: 
 

 

𝑁

̂ = 𝐷 𝐴 𝑦ˉ 

(12) 

 
Given the two-condition experiment: 
Before: 

𝑁

̂

𝑏

= 𝐷𝐴𝑦ˉ

𝑏

 

After: 

𝑁

̂

𝑎

= 𝐷𝐴𝑦ˉ

𝑎

 

The estimated number of MPs generated is: 
 

 

Δ𝑁

̂ = 𝑁̂

𝑎

− 𝑁

̂

𝑏

= 𝐷𝐴(𝑦ˉ

𝑎

− 𝑦ˉ

𝑏

(13) 

 

iii.  Bias correction retained in the protocol 

Even  with  random  coordinates,  a  conservative  bias-correction  step  is  included  to  account  for  any  residual  non-

representativeness due to subtle operator effects (e.g., excluding windows with spectral artifacts) or minor heterogeneity. The 
correction is implemented through stratified weighting across the 16-cell grid: 

 
a.  Classify cells a priori into two strata based on objective, coarse deposit features visible under low magnification: 

o  higher-density stratum 𝐻(e.g., outer ring / flow path) 
o  lower-density stratum 𝐿 

b.  Let 

𝑝

𝐻

be the fraction of deposit area belonging to 

𝐻, determined by grid area count (number of cells in 𝐻/ 16 that has 

a high density of microplastics). Then 

𝑝

𝐿

= 1 − 𝑝

𝐻

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

25 

c.  Compute stratum means: 

 

𝑦ˉ

𝐻

=

1

𝑘

𝐻

∑ 𝑦

𝑖

𝑖∈𝐻

, 𝑦ˉ

𝐿

=

1

𝑘

𝐿

∑ 𝑦

𝑖

𝑖∈𝐿

 

(14) 

 
The bias-corrected mean per window is: 

 

𝑦ˉ

𝑐𝑜𝑟𝑟

= 𝑝

𝐻

𝑦ˉ

𝐻

+ 𝑝

𝐿

𝑦ˉ

𝐿

 

(15) 

 
The corrected total is: 
 

 

𝑁

̂

𝑐𝑜𝑟𝑟

= 𝐷 𝐴 𝑦ˉ

𝑐𝑜𝑟𝑟

 

(16) 

 
This step ensures that if a stratum is over- or under-sampled due to practical constraints, the estimator remains aligned with 

the known area proportions. 

iv.  Uncertainty quantification and confidence intervals 

Because window counts follow a Poisson model, the variance of the sample mean is approximated by: 

 

Var(𝑦ˉ) ≈

𝑦ˉ
𝑘

with 𝑘 = 16 

(17) 

Therefore, the standard error (SE) of the total estimate is: 

 

SE(𝑁

̂) = 𝐷 𝐴 √

𝑦ˉ
𝑘

 

(18) 

For generated MPs: 

 

SE(Δ𝑁

̂ ) = 𝐷 𝐴 √

𝑦ˉ

𝑎

𝑘

+

𝑦ˉ

𝑏

𝑘

 

(19) 

A 95% confidence interval is obtained via: 

 

Δ𝑁

̂ ± 1.96 SE(Δ𝑁

̂ ) 

(19) 

v.  Applicability and limitations 

The proposed model is applicable to Raman-based MP quantification under serial dilution and areal subsampling because 

it: 

a.  Matches the data-generation mechanism: Counts per window are discrete and  sparse; the Poisson process is the 

canonical model for independent particle counts in fixed areas. 

b.  Maintains experimental comparability Using the same grid size (16 cells), window area, and dilution scheme for 

“before” and “after” samples ensures that differences reflect generation, not methodology. 

c.  Provides  explicit  uncertainty  The  Poisson  variance  structure  yields  confidence  intervals  that  can  be  reported 

alongside point estimates, strengthening inferential rigor. 

6.3 Results obtained 

The experimental campaign yielded several results that were primarily intended to evaluate the performance and feasibility 

of the proposed protocol. While these results confirm that the protocol operates as intended, successfully enabling microplastic 
extraction, identification, and preliminary quantification, still they are not sufficient to draw definitive conclusions regarding 
the specific hydraulic conditions or material properties associated with microplastic generation. 

Nevertheless,  the  variation  in  experimental  configurations,  including  changes  in  pipe  diameter,  material,  flow  rate,  and 

transient  pressure  conditions,  demonstrates  that  the  protocol  is  sensitive  to  changes  in  operating  conditions.  The  observed 
differences  in  microplastic  detection  across  tests  suggest  that  microplastic  generation  is  influenced  by  both  hydraulic  and 
material parameters, although additional replicated experiments are required to isolate and quantify these effects. Consequently, 
the results support the validity of the protocol as a diagnostic and comparative tool, while underscoring the need for systematic 
repetition under controlled conditions to obtain statistically robust conclusions. 

The microplastic found in the research gave important information to the methodology developed for the research. 
 
 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

26 

Sample 

Number    of 
particles 
PVC 

Size microm  Solution 

White 

514.2 

1:1,000 

Preliminary test 

114.9 

1:1,000 

1/2" 2B 

44.9 

1:1,000 

1/2" 1B 

1:1,000 

1" 2B 

52.4 

1:1,000 

1" 1B 

1:1,000 

Pre PVC 1” 

1:10,000 

Post PVC 1” 

43.6 

1:10,000 

Pre PVC ½” 

1:10,000 

Post PVC ½” 

32.5 

1:10,000 

Pre PVC ¾” 

1:10,000 

Post PVC ¾” 

22.4 

1:10,000 

Table 4. Particles Identified 

For the methodology only PVC was triales completely in the definitive design. 
Quantification was performed using the data obtained; however, these results are not yet sufficient to draw robust conclusions 

regarding the hydraulic conditions that govern microplastic generation. No results are reported for C-PVC, PP, or HDPE, as 
reliable identification of these materials could not be achieved using Raman spectroscopy under the experimental conditions 
applied. 

In  contrast,  the  results  obtained  for  PVC  indicate  that  microplastics  are  being  generated and  that both  identification  and 

quantification are feasible within the proposed experimental framework. Nevertheless, due to the limited number of comparable 
datasets and the absence of results for the other materials, a systematic comparison between materials and operating conditions 
could  not  be  conducted.  The  estimated  values  and  associated  uncertainties  do  not  provide  a  basis  for  drawing  definitive 
conclusions from the results; rather, they offer an indication of the potential magnitude of microplastic generation based on the 
proposed Poisson statistical model. 

 

Sample 

Number    of 
particles 
PVC 

Number 

of 

windows 

A factor  ΔN 

SE(ΔN) 

ΔN- 

1.96 

SE(ΔN) 

ΔN+1.96 
SE(ΔN) 

Pre  PVC 
1” 

16 

400 

 250000   1000000 

 0 

 2210000 

Post 
PVC 1” 

16 

400 

Pre  PVC 
½” 

16 

400 

  
500000 

  
1414213.562 

 0 

 3271858.582 

Post 
PVC ½” 

16 

400 

Pre  PVC 
¾” 

16 

400 

 250000   1000000 

 0 

2210000 

Post 
PVC ¾” 

16 

400 

Table 5. Cuantification of the trials 

The identification and comparison of Raman  spectra provide qualitative evidence of microplastic generation. The results 

confirm that particle identification is successful, as the measured spectra match reference spectra corresponding to the known 
polymer  standards.  This  agreement  demonstrates  that  the  proposed  protocol  functions  as  intended.  However,  to  obtain 
statistically  robust  and  conclusive  results  regarding  the  influence  of  pipe  material  and  hydraulic  conditions  on  microplastic 
generation, the protocol must be systematically repeated under controlled and comparable experimental conditions. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

27 

Spectral comparisons are performed as illustrated in  Figure 26. These qualitative assessments, combined with automated 

analysis using ParticleFinder software, enable rapid identification of both the polymer type and particle size of the generated 
microplastics. 

Based on the conditions under which the identification protocol was applied, it is hypothesized that PVC may generate a 

higher quantity of microplastics compared to other materials due to its mechanical properties. In contrast, the higher ductility 
of HDPE and the greater durability of PP suggest that PVC may be more susceptible to abrasion and mechanical damage, which 
can promote microplastic release under transient hydraulic stresses. 

Nevertheless, microplastic generation is likely influenced by additional factors beyond pipe material alone. These include 

the materials used in other components of the hydraulic model, as well as the age and degradation state of the pipes. Aging 
processes  may  alter  material  properties  over  time,  leading  to  different  microplastic  generation  mechanisms  and  patterns 
depending on the service life of the material (Świetlik & Magnucka, 2025). 

The spectra identified for the microplastics where the following: 

 

Figure 26. Spectrum Detected 

The spectrum for the spectrum C corresponds to PE and the spectrum D corresponds to PVC. 
In light of the results obtained, several observations can be made. First, the results primarily reflect the correct functioning 

and  feasibility  of  the  proposed  protocol.  The  data  presented  are  not  intended  to  draw  definitive  conclusions  regarding  the 
hydraulic or material conditions that may favor microplastic generation. 

Nevertheless, the experimental conditions under which the tests were conducted are representative of hydraulic conditions 

commonly  found  in  internal  household  water  networks,  where  such  transient  phenomena  may  occur.  In  this  context,  the 
developed  protocol  provides  a  solid  methodological  basis  for  performing  future  comparative  tests  under  controlled  and 
repeatable conditions. 

The study incorporates a Poisson-based statistical model to estimate the number of microplastic particles generated during 

water-hammer events and to quantify the associated uncertainty. Although the characteristics of the materials analyzed do not 
allow definitive conclusions regarding which material generates a greater quantity of microplastics, insights drawn from the 
literature,  particularly  Mechanical  Properties  of  Solid  Polymers  (Ward  &  Sweeney,  2013),  suggest  that  PVC  may  be more 
susceptible under the tested conditions. However, this hypothesis requires validation through additional experiments and more 
robust datasets. 

 
 
 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

28 

7.  Conclusions 

The  presence  of  microplastics  in  water  systems  can  be  attributed  to  both  primary  and  secondary  sources.  Specifically, 

secondary microplastics result from the degradation of larger plastic materials. It has been demonstrated that drinking water 
pipelines  can release microplastics due to such degradation, which may be driven by various factors, including mechanical 
damage to the pipe walls caused by hydraulic phenomena such as water hammer. 

To investigate the potential formation of microplastics, a protocol for their identification was developed in conjunction with 

a preliminary sampling process using a laboratory-scale pipeline model. The protocol employed the ParticleFinder™ system, 
which enables automatic particle localization and Raman-based chemical identification. Following the extraction of particles 
from  PVC  pipes,  this  system  allows  for  efficient  detection and  quantification  of  microplastics.  In  the  laboratory  trials,  it  is 
expected that the predominant form of microplastics found will be fragments, as this is the most common morphology released 
from PVC, CPVC, PP and PE pipes. 

The  experimental  results  demonstrate  that  the  proposed  protocol  enables  both  the  generation  and  identification  of 

microplastics under different hydraulic conditions. Although several challenges were encountered during the development of 
the Thesis I experimental setup, these limitations informed the design of the Thesis II model. The revised design produced 
samples with improved water quality and reduced turbidity, resulting in more favorable conditions for subsequent processing 
and analysis. 

Adapting the protocol to include sampling before and after each water hammer event allows for control and comparison of 

the  amount  of  microplastics  generated.  This  paired  sampling  approach  enables  meaningful  comparisons  across  tests  and 
facilitates the evaluation of differences associated with varying hydraulic conditions and pipe materials. 

During testing, the importance of properly managing the organic digestion step became evident, as insufficient digestion 

produced  clear  interferences  in  the  Raman  spectra.  Similar  interferences  were  also  observed  when  moisture  or  particulate 
contamination was present on the silica filters, underscoring the need for strict sample handling and preparation procedures. 

The dilution scheme had to be adjusted as the improved hydraulic model generated a higher number of particles after the 

processing of the samples. This change is likely attributable to the elimination of scale-related trapping observed in the earlier 
model, where detached mineral scales may have retained particles during density separation, resulting in fewer particles in the 
extracted supernatant. Consequently, the final tests were conducted using 1:10,000 dilutions to avoid filter saturation and ensure 
reliable identification. 

RAMAN spectroscopy represents a bottleneck in the methodology, as only a couple of pre-post samples can be analyzed per 

week, since the laboratory where the HORIBA microscope is located is a service laboratory that schedules appointments based 
on availability.  

Based on the results of these trials, a clearer understanding of the implications of using plastic pipes for water distribution 

can be established. Additionally, hydraulic phenomena associated with microplastic release warrant further study, as they may 
compromise  drinking  water  quality.  It  is  particularly  important  to  carry  out  these  tests,  as  even  low  concentrations  of 
microplastics can be harmful over prolonged exposure periods (Jung et al., 2022). 

The methodology developed in this work provides a foundational framework for demonstrating the potential contamination 

of  water  in  internal  distribution  networks.  It  enables  the  characterization  of  various  hydraulic  conditions  under  which 
microplastics may be generated and allows for comparative analysis of materials to evaluate their contribution to microplastic 
release in distribution pipelines. These insights could influence the ongoing use and regulation of PVC, C-PVC, PP and PE 
piping systems. This methodology should be replicated and tested to verify the conditions of each of the materials used for 
domiciliary pipelines. 

Moreover, the identification protocol developed herein could be  standardized for future research. Subsequent studies may 

strengthen  the  case  for  revising  hydraulic  design  criteria  in  water  distribution  systems.  Ultimately,  recognizing  the  role  of 
hydraulic  phenomena  in  microplastic  generation  could  support  the  development  of  new  regulatory  measures  aimed  at 
controlling microplastic pollution in drinking water networks. 

 
 
 

8.  Recommendations 

•  Given that Raman spectroscopy constitutes the main bottleneck in sample analysis, it is recommended to secure 

extended  access  to  the  microscope  or  to  train  additional  researchers  in  its  operation.  Increased  instrument 
availability  would  significantly  improve  sample  throughput  and  allow  for  repeated  experiments,  which  are 
necessary to obtain statistically robust results. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

29 

•  The statistical model must be applied with better scaling conditions to reduce its uncertainty, as it has values lower 

than 0. To do this, a more extensive count could be performed using the HORIBA microscope, or a larger sample 
volume could be taken. 

•  Based on the microplastic count, an estimate could be made of the degraded mass of the pipe to corroborate the 

amount of microplastics generated. This could quantitatively adjust the amount of microplastics generated given 
the hydraulic conditions. 

•  Future experiments should incorporate pipes with different ages, degrees of degradation, and material formulations. 

Accelerated aging tests or the use of field-extracted pipes could provide valuable insight into how long-term service 
conditions influence microplastic generation mechanisms. 

•  Develop several experiments changing characteristics that can affect the pipelines such as temperature of the fluid 

and external temperature and sunlight exposition. 

•  Automated particle detection and spectral mapping tools should be further optimized to reduce operator dependency 

and analysis time. Improved automation would enhance reproducibility and allow larger areas of each filter to be 
analyzed more efficiently. This could be made with the software ParticleFinder. 

•  To enable meaningful comparisons between materials and operating scenarios, it is recommended that future studies 

repeat the protocol under strictly controlled and replicated hydraulic conditions, including flow rates, pressures, 
and water-hammer intensity. 

•  Apply  methodologies  to  measure  the  abrasion  besides  measuring  the  roughness  of  the  pipes  such  as  optical 

profilometry or confocal laser scanning microscopy 

References 

Araujo, C. F., Nolasco, M. M., Ribeiro, A. M. P., & Ribeiro-Claro, P. J. A. (2018). Identification of microplastics using 

Raman spectroscopy: Latest developments and future prospects. In Water Research (Vol. 142, pp. 426–440). Elsevier 
Ltd. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.05.060 

Chu, X., Zheng, B., Li, Z., Cai, C., Peng, Z., Zhao, P., & Tian, Y. (2022). Occurrence and distribution of microplastics in 

water supply systems: In water and pipe scales. Science of the Total Environment803
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150004 

Colombian Congress. (2022, July 8). Ley 2232 2022. Diario No 52.124

Cong, J., Wu, J., Fang, Y., Wang, J., Kong, X., Wang, L., & Duan, Z. (2024). Application of organoid technology in the 

human health risk assessment of microplastics: A review of progresses and challenges. In Environment International 
(Vol. 188). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.108744 

Dalmau-Soler, J., Ballesteros-Cano, R., Ma, &, Boleda, R., Paraira, M., Ferrer, N., & Lacorte, S. (2021). Microplastics from 

headwaters to tap water: occurrence and removal in a drinking water treatment plant in Barcelona Metropolitan area 
(Catalonia, NE Spain)
. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13220-1/Published 

Gobierno de Colombia Ministerio de Vivienda, C. y T. (2007, June 22). Resolución 2115 de 2007

https://scj.gov.co/sites/default/files/marco-legal/Res_2115_de_2007.pdf 

Han, Y., Shi, W., Xu, H., Wang, J., & Zhou, L. (2022). Effects of Closing Times and Laws on Water Hammer in a Ball Valve 

Pipeline. Water (Switzerland)14(9). https://doi.org/10.3390/w14091497 

Hariri Asli, K., Falahatkar, S., & Dayemi Gorabi, M. (2024). Water hammer stress on water transmission line. Water Practice 

and Technology19(6), 2399–2418. https://doi.org/10.2166/wpt.2024.148 

Jung, Y. S., Sampath, V., Prunicki, M., Aguilera, J., Allen, H., LaBeaud, D., Veidis, E., Barry, M., Erny, B., Patel, L., Akdis, 

C., Akdis, M., & Nadeau, K. (2022). Characterization and regulation of microplastic pollution for protecting planetary 
and human health. In Environmental Pollution (Vol. 315). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.120442 

Kirstein, I. V., Hensel, F., Gomiero, A., Iordachescu, L., Vianello, A., Wittgren, H. B., & Vollertsen, J. (2021). Drinking 

plastics? – Quantification and qualification of microplastics in drinking water distribution systems by µFTIR and Py-
GCMS. Water Research188. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116519 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/1d02be78b8888f59c3b80aa9e50fe290/index-html.html
background image

Microplastics in Pipelines: Water Hammer Effects and Identification Protocol Validation 

Cardona, S. & Plazas-Tuttle, J. 

 

 

30 

Li, C., Busquets, R., Moruzzi, R. B., & Campos, L. C. (2021). Preliminary study on low-density polystyrene microplastics 

bead removal from drinking water by coagulation-flocculation and sedimentation. Journal of Water Process 
Engineering
44. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2021.102346 

Malesińska, A., Rogulski, M. W., Puntorieri, P., Barbaro, G., & Elżbieta Kowalska, B. (2020). Equivalent Celerity in Water 

Hammer for Serially Connected Pipelines. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice11(1). 
https://doi.org/10.1061/(asce)ps.1949-1204.0000411 

Mitrano, D. M., & Wohlleben, W. (2020). Microplastic regulation should be more precise to incentivize both innovation and 

environmental safety. Nature Communications11(1). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19069-1 

Nawab, A., Ahmad, M., Khan, M. T., Nafees, M., Khan, I., & Ihsanullah, I. (2024). Human Exposure to Microplastics: A 

Review on Exposure Routes and Public Health Impacts. Journal of Hazardous Materials Advances, 100487. 
https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2024.100487 

Prata, J. C., da Costa, J. P., Lopes, I., Andrady, A. L., Duarte, A. C., & Rocha-Santos, T. (2021). A One Health perspective of 

the impacts of microplastics on animal, human and environmental health. In Science of the Total Environment (Vol. 
777). Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146094 

Sillanpää, M., Khadir, A., Senthilkannan, S., & Editors, M. (2022). Environmental Footprints and Eco-design of Products 

and Processes Microplastics Pollution in Aquatic Media Occurrence, Detection, and Removal
https://link.springer.com/bookseries/13340 

Streeter, V., Wylie, B., & Bedford, K. (1998). Fluid Mechanics (McGraw Hill, Ed.; Ninth Edition). 

Świetlik, J., & Magnucka, M. (2025). Aging of drinking water transmission pipes during long-term operation as a potential 

source of nano- and microplastics. International Journal of Hygiene and Environmental Health263
https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2024.114467 

Thompson, R. C., Olsen, Y., Mitchell, R. P., Davis, A., Rowland, S. J., John, A. W. G., McGonigle, D., & Russell, A. E. 

(2004). Lost at Sea: Where Is All the Plastic? Science304(5672), 838. https://doi.org/10.1126/science.1094559 

Ward, I. M., & Sweeney, J. (2013). Mechanical Properties of Solid Polymers (Third Edition). 

https://doi.org/10.1002/9781119967125 

WHO. (2005). International Health Regulations. https://www.who.int/publications/i/item/9789241580410 

Wu, J. hai, Sun, Y. dong, Su, M. zhu, & Zhu, H. zhen. (2023). Fluid-structure interaction and band gap analysis of periodic 

composite liquid-filled pipe. Composite Structures304, 116444. 
https://doi.org/10.1016/J.COMPSTRUCT.2022.116444 

Xu, T., Zhang, L., Ni, W., Zhang, X., Yu, X., & Zhang, J. (2023). Analysis of Anomalies in Water Hammer Experiments 

With Partially Open Valves. Journal of Pressure Vessel Technology, Transactions of the ASME145(1). 
https://doi.org/10.1115/1.4055380 

Yang, X., Man, Y. B., Wong, M. H., Owen, R. B., & Chow, K. L. (2022). Environmental health impacts of microplastics 

exposure on structural organization levels in the human body. In Science of the Total Environment (Vol. 825). Elsevier 
B.V. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154025 

Yang, X., Xu, X., Zhou, Y., Yao, Y., Shen, C., & Liu, J. (2023). Longitudinal and vertical distribution of microplastics in 

various pipe scales in an operating drinking water distribution system. Journal of Hazardous Materials459
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132108 

  
 

¿Quiere saber más? Contáctenos

Declaro haber leído y aceptado la Política de Privacidad
contactenos