Rainwater treatment system


Rainwater Harvesting - Treatment processes

The saturation of the humidity in the air forms the clouds. The tiny droplets cluster around a fine particle floating in the clouds and form a raindrop. This tiny particle, in the core of the raindrop is already a pollution particle. As the raindrop falls, it accumulates more particles of anything but pure water. These are the first raindrop contaminants.

When billions of raindrops form the rainfall, and falls on the ground or on objects, the resultant water accumulates still more contaminants by washing the dirt accumulated on the ground or on the roof of buildings.

The ground and the roofs are not clean objects; these surfaces are covered with debris of all kinds, waste from animals, and smoke particles fallen on the ground and a lot of other strange bodies. This mixed contamination could be anything. It could be harmful for people and animal species.

The water from the rainfall must be purged of all these contaminants. It must be treated for bacteria, viruses, protozoa, metal particles and organic waste of the living species.

To make this rainwater usable, it will be filtered and treated in a proper way. After the rainwater has been harvested, primary filtered and stored in stockage tanks, before its use, it will go through many stages of decontamination.

After the rainwater has been collected and stored, comes the treatment in two phases. In the first phase, the water will be treated to be used as service water, and in the second phase as potable water.

Why does rainwater have to go through a treatment?

When the water from the ocean evaporates from the surface of the planet, it is 100% pure H²O. But, as the water vapor rises to form clouds, it absorbs on its way a multitude of substances present in the atmosphere, such as dust particles, organic spores, gas residues, suspended metal particles, pollen and seeds floating in the air, and a long list of matter susceptible to stay with the forming drop of condensed water that finally falls by gravity to the ground and on the roof tops where this rainwater may be collected.

Then, the water flows on the roof to the rainwater collector system taking with it more pollution. This is the reason why we have a “first flush” system – to eliminate whatever nature has left on the roof.

After the “first flush” operation, the water goes through the pre-filter screen that was described earlier, to prevent large debris from falling into the column collectors.


What happens after the “first flush”?

When the pre-determined quantity of water has filled the vase of the “first flush” valve system, the weight of the water activates the trap that blocks the inlet of the column collector and the water accumulated on the roof can now flow freely into the column.

When the rain stops falling for a while, the vase filled with water leaks slowly by a small hole at the bottom, and when the vase is light enough, the trap closes on the inlet of the column. If the rain stops for more than a few hours, the operation “first flush” starts again at the next rainfall.

The vase must be check for residual debris at least once every rainfall to make sure of its weight calibration for proper operation.

Why are the columns so big?

The columns are temporary reservoirs for incoming rainwater. The biggest column has 48 inches in diameter with a center cavity of 23.5 inches. This size column can hold at least 3 560 liters (3 560 kg) when filled at the height of 40 feet. The water is slowly flowing through a 6-inch conduit at the bottom of the column to a bigger collector carrying the water to a storage tank.

To prevent excessive pressure in the collectors, an electric control valve is installed at the base of each column collector to regulate the flow by computer software. This is to avoid over pressure of the water in the collector conduits.

Other than being used for rainwater harvest, the columns are part of the architectural design of the building, therefore having an important role in the building structure. More details are given on the drawings of the Rainwater Harvesting System.

What do you call primary filtration?

Primary filtration is the key for any storage system as the water entering the tank is properly pre-treated. This means that a filtration process needs to remove hydrocarbons, debris, sediment, and pollutants before the water enters the tank. When the water comes directly from the rooftop, it becomes simpler to pass the water through a screen filter and sometimes through a vortex filter before entering the tank.

What is a Vortex filter or Centrifugal action filter?

A vortex filter is a filter used in rainwater harvesting systems to separate medium to large sized debris from the flow of water before entering a tank, cistern or further reservoir. A vortex filter does not collect debris, but allows it to flow through the filter, thereby minimizing maintenance. The filtered water flows through filter screen or mesh onto the end destination.

The capillary effect is responsible for drawing water along the side wall of the filter element which is how the filtered water exits at a higher level than the unfiltered water. Rainwater flows in through a top port or inlet pipe, spins around the circumference of the filter body.

This filter requires less maintenance than other pre-filters, but at the penalty of reduced filtered water efficiency. Depending on intensity of flowing water, a typical vortex filter is 85% to 90% efficient.

Source : Wikipedia - Conservationtechnology.Com

Understanding Sediment Filters

Incorporation a sediment filter as a pre-filter to the rainwater filtration system will prolong the life span of the whole water filtration system. This solution is ideal where large volume of scale, debris, pipe scale, coarse sand, fine sand, very fine sand, grit or heavy sediment have to be removed from the water filtration system.

Sediment filters are best installed where the water enters the system. Normally, this type of filtering method is installed before any other filters or water treatment appliances.

The purging of the particles build up may be done manually or, in more sophisticated systems, they may be purged on a timed sequence by automation.




The first stage – the mechanical filtering

When the rainwater has passed through the pre-filters at the inlet of the collector columns and flowed through the big underground collectors, it is ready to go through the first phase – mechanical filtering. This filter is a screened basket catching the debris that have passed through the mesh filters before the collector. Normally, this filter is a backup to the screen filter before the collectors. It removes the small debris that have passed through the screened pre-filter.

The second stage – the setting tank

The mechanically filtered water is pumped into a large tank to settle, letting the sediment slowly fall to the bottom of the tank. At this stage it is possible to add a light chorine treatment (optional) to prepare the rainwater before stockage.

The third stage – the centrifugal action filtering

Then, the water is pumped out of the settling tank and goes through a centrifugal action filter. In this type of filter, the water rushes through the device and the centrifugal forces sling large particles, sand, debris, and sludge outward to the separation wall and downward in a spiral motion.

To understand the function, imagine the water enter the housing through the inlet and with the incoming flow, the water spins creating a centrifugal force causing swirls around the cartridge. The weight of the large particles such as sand or organic particles that could get through the primary screen filters, forces them to the outside wall of the filter and fall at the bottom of the filter housing.

Gravitational force pulls the separated solid particles downward past the spin trap plate into the solids holding chamber. Cleaned water then rises through the vortex locator and returns to the plumbing system.

These systems have no screens, slotted baffles, moving parts or filter media so there is no pressure loss.

The fourth stage – the sand and activated carbon filtering

The tank for sand-carbon filtering has three layers of different filters, the first layer is the sand filtering which removes micro particles from chemical components as well as some types of microorganisms that are bigger than 1 micron.

The second layer is an activated carbon filter which removes, at least reduces, the chemical components such as iron, hydrogen sulphide and also removes undesired odours and coloring agents. However, this type of filtering does not remove bacteria or viruses.

The third layer is small gravel pebbles. This layer is not a filtering layer. Its role is to re-oxygen the water before it goes to the storage tanks. At this stage of water treatment, the water is clean enough to be stored in a service water tank or in a stockage tank to be used later. Note: this water is still considered non potable.



After storage treatments

The treatment of the rainwater after storage and before use is critical for both health of the users and maintenance of the system. The level of treatment will depend on the intended use of the water. For example, water used for landscape drip irrigation would not need the same level of treatment as water used for potable indoor purposes.

In any case, it is recommended that a multi-barrier approach where more than one method of treatment be used to maximize effectiveness. For example, a common treatment-train for potable water in rural areas is a set of cartridge filters followed by an ultraviolet light disinfection.

The recommended treatment-train would start with Filtration. There are various levels of filtration, and they are measured on a “micron” level. Some filters can remove sediment, metals, and other organic matter. And others can remove microorganisms, bacteria, etc. So, a disinfection method is needed.

Following the filtration, is the Disinfection. The goal of disinfection is to destroy the microbiological organisms that have the potential to cause illness or harm. Some of the smaller microorganisms, such as bacteria, may pass through large cartridge filters so they must be targeted with disinfection. Three disinfection methods common to RWH systems are chlorination, ultraviolet light (UV), and ozonation.

Chlorination uses the chemical of chlorine in either dry, liquid, or gas to kill microorganisms. It is very effective with viruses and bacteria. An advantage to chlorine is that it leaves a residual so that your entire distribution system remains disinfected. However, using chlorine can be dangerous, so it is important to follow manufacturer’s guidelines. Only use chlorine that is approved for potable water use (standard ANSI/NSF 60).

Ultraviolet light is a common disinfection method used by many countries. The device works by sending water through a tube that contains the UV bulb. It is required to have an alarm to alert users if the device is not working. An important point to keep in mind is that UV lights are most effective when the water is clear. Any sediment in the water can block the pathogens from the light. This is why have the filtration BEFORE the UV light is so critical. The UV light is harmful to look at directly, so use approved safety glasses when maintaining the device.

Ozonation disinfects by introducing ozone gas to the water. It is usually done at the point where water is used in the distribution system or in the storage tank. It is a colorless gas that disinfects, oxidizes, deodorizes, and decolorizes. Ozone gas is toxic and installation and maintenance of this type of system must be done by a licensed professional.

Absorption uses activated carbon (charcoal filters) to bind to harmful contaminants, such as VOCs (Volatile Organic Composite). These are the types of filters commonly used on faucets. They can also be used to remove chlorine from water used for disinfection.

Source: Inspired from AgriLife Extension (Texas)


Conventional treatments

Chlorine disinfection treatment

A chlorine disinfection treatment is a common form of treatment efficient against harmful bacteria, viruses and Giardia. However, it is of limited effect against Cryptosporidium.


What is chlorination?

The chlorination is the water treatment used for drinking and cooking water. The addition of chlorine to the drinking water has greatly reduced the risk of waterborne diseases such as typhoid fever, dysentery, cholera, and gastroenteritis. It also liberates odours, oxidize iron and other metals, bacteria, and pathogenic microorganisms, that cause serious illnesses to the human species.

Chlorine is the most commonly used chemical for water disinfection. It can be applied for the deactivation of most microorganisms and it is cost-effective. But, at normal dosage rates, it does not kill all viruses, cysts, or worms. It is usually combined with efficient filtration systems or UV treatment and, most of the time, both.

How does chlorine treatment work?

Chlorine readily combines with chemicals dissolved in water, microorganisms, small animals, plant material, tastes, odours, and colors. These components "use up" chlorine and comprise the chlorine demand of the treatment system. It is important to add sufficient chlorine to the water to meet the chlorine demand and provide residual disinfection.

The chlorine that does not combine with other components in the water is free (residual) chlorine, and the breakpoint is the point at which free chlorine is available for continuous disinfection. An ideal system supplies free chlorine at a concentration of 0.3-0.5 mg/l. Simple test kits, most commonly the DPD colorimetric test kit (so called because diethyl phenylene diamine produces the color reaction), are available for testing breakpoint and chlorine residual in private systems. The kit must test free chlorine, not total chlorine. We also recommend monitoring the ORP (Oxidation Reduction Potential) of the water. Paper - Use of ORP Monitoring for Disinfection University of California and YSI

How To Use Chlorination Systems for Rainwater?

To be specified after system design.

Ultraviolet light irradiation treatment

Ultraviolet light irradiation treatment is a disinfection most effective against bacteria, viruses and protozoa by UV-C radiation.

What is Ultraviolet germicidal irradiation?

Ultraviolet germicidal irradiation (UVGI) is a disinfection method that uses short-wavelength ultraviolet (ultraviolet C or UV-C) light to kill or inactivate microorganisms by destroying nucleic acids and disrupting their DNA, leaving them unable to perform vital cellular functions. UVGI is used in a variety of applications, such as food, air, and water purification.

UV-C light is weak at the Earth's surface since the ozone layer of the atmosphere blocks it. UVGI devices can produce strong enough UV-C light in circulating air or water systems to make them inhospitable environments to microorganisms such as bacteria, viruses, molds, and other pathogens. UVGI can be coupled with a filtration system to sanitize air and water.

The application of UVGI to disinfection has been an accepted practice since the mid-20th century. It has been used primarily in medical sanitation and sterile work facilities. Increasingly, it has been employed to sterilize drinking and wastewater since the holding facilities are enclosed and can be circulated to ensure a higher exposure to the UV. UVGI has found renewed application in air purifiers.

Source: Wikipedia

Ultraviolet germicidal irradiation (UVGI) is the use of ultraviolet (UV) energy (electromagnetic radiation with a wavelength shorter than that of visible light) to kill or inactivate viral, bacterial, and fungal species. The UV spectrum is commonly divided into UVA (wavelengths of 400 nm to 315 nm), UVB (315 nm to 280 nm), and UVC (280 nm to 200 nm). The entire UV spectrum can kill or inactivate many microorganisms, but UVC energy provides the most germicidal effect, with 265 nm being the optimum wavelength. Source: US Gov.

However, since UV treatment requires the rainwater free of any particles, the water will be pre-treated to eliminate these small particles.

What is a Pre-UV treatment?

The process of UV (Ultra Violet) light treatment requires water to pass in an opaque cylinder equipped with a UV lamp. The UV-C light destroys bacteria and other pathogens in the water to make it safe for potable use. This process requires the water to be completely free of particles. A certain amount of these particles in the water can cast a shadow in which bacteria can still survive, so a very fine pre-UV filter is required.

The removal of the particles before to UV-C treatment is essential for effective filtering. The water must be filtered to 5 microns before it is ready to go through the UV-C treatment filter. Different types of pre-UV filters are available. The most popular units are using cartridge filters for different functions. Cartridge filters come as single cartridge, dual cartridges or triple cartridges systems. Some of these systems are built with a back-washing valve (manual or automated) on the first stage to reject the filtered debris.

What is normally used as a pre-UV treatment ?

There are many types of filters that can be used as a pre-ultraviolet treatment. The most common types of cartridges are:

  • The sediment filter cartridge
  • The ceramic filter cartridge
  • The reverse osmosis membrane cartridge
  • The activated carbon filter cartridge

Sediment cartridge filtration

The sediment filter is the first line of defense against pollution debris that are not liquid. Sediment filters remove suspended solids such as sand, dust, dirt, silt, clay, rust, scale, and other particles bigger than one micron in size from the water. If the sediment contained in the water is not eliminated, it may clog up valves, water fixtures, and cause damage to hot water tanks.

The sediment filtration also prevents failure of other filtration systems such as reverse osmosis and ultraviolet purification. It protects the water filtration systems from all solid particles that could alter its performance. The sediment filters keep the water clear and safe.

Swimming pool cartridge filters are sediment filters, blocking dirt and clay from muddying the pristine swimming water.

But this type of filtration will not remove microorganisms, bacteria, or chemical products from the water.

Ceramic cartridge filtration

Some other treatments could use for example some filterscan type ceramic cartridge to remove sediment and bacteria but are inefficient against viruses. Ceramic water filtration is a relatively low-cost operation. It is, not only inexpensive but it is an efficient small pore size of ceramic material that removes, not only dirt and debris but also bacteria from water. The advantage of this type of filter is that it leaves the oxygen and mineral contents in the water unchanged. These components are responsible of the sweetness and freshness of the water.

Another interesting characteristic is the magnetic polarity’s role in this type of filter. Being positively charged, it has the quality of attracting bacteria. When the bacteria make contact with the ceramic, silver infused, the positively charged metal ions destroy the bacteria. This type of filter last longer than other filters, as long as the pre-fillers like sediment filters precedes.

Reverse osmosis membrane filtration

Reverse osmosis is used to remove diluted contaminants such as sea salt, oil, nitrates, protozoa, bacteria, viruses, arsenic, heavy metals, and minerals, as well as other such pollution from water by pushing the water under pressure through a semi-permeable membrane. It is a process which occurs when the pressure, greater than the osmotic pressure, is applied to the concentrated solution. The water is forced to flow from the concentrated to the diluted side and the contaminants are retained by the membrane.

Reverse osmosis systems allow contaminant removal and safe drinking of water because it can kill bacteria. They are very efficient and reduce a great number of contaminants. The greatest advantage it that no other chemicals must be added.

The membrane of a reverse osmosis filter cartridge is extremely dense, making it able to filter out even the tiniest particles. Some can remove contaminants such as microorganisms and viruses as small as 1/10,000th of a micron. These filters are extremely effective at removing almost everything from water, including pesticides, chemicals, odours, and foul tastes.

Some membranes are designed to remove a large range of inorganic contaminants and dissolved impurities including salt ions and other small, unfilterable molecules. Some commercial membranes are designed for specific applications such as nano filtration, tap water filtration and even sea water filtration.

Reverse osmosis filters are also very efficient but are more sophisticated and require a more complex installation.

Ultra filtration by membrane filters can do as well but it will also remove viruses. However, these types of filters will need more maintenance such as backwash cleaning.

Activated carbon cartridge filtration

Activated carbon filtration is used where taste or odour of a water supply is an issue and can either be a carbon block, or in the form of granular activated carbon (GAC). It is generally made with charcoal and are an inexpensive way to remove the most harmful toxins from the water. It may be used after the water has been resting a long time in a storage tank.

The granular activated carbon consists of charcoal that has been heated to a very high temperature. Each granule is porous and has a very large surface area (500m2 per gram). As water passes through the charcoal, the granules trap the molecules of pollutants and chemicals contaminants that taint the water such as chlorine and volatile organic compounds. However, the carbon filters do not remove the mineral contents in the water.

Carbon is extremely effective to remove bad tastes and foul odours in water, but not so for removing salts, minerals, or sediment. A granular activated carbon can be added as a pre-UV filter and it essential to consider for potable water.

Carbon filters should be changed at least once a year or more frequently where there is any hint of change in smell or taste. Carbon filters do not kill bacteria, but they can be part of the pre-treatment process.

Ultra-violet cartridge filtration

Ultraviolet filters are different from the other cartridge filters in that the water does not actually pass through it. A UV lightbulb is fixed inside the chamber and kills bacteria and microorganisms by exposing them to ultra-violet light by attacking their genetic core (DNA). It is extremely efficient in eliminating their abilities to reproduce. Ultra-violet light filters are the best way to destroy fungi, salmonella, cysts, dysentery, algae, and all sorts of viruses and bacteria. It is effective and environment safe. They destroy 99.99% of harmful microorganisms without adding chemicals or changing water taste or odour. These bulbs are designed to stay on all the time and will have a lifespan that is measured in hours of running time instead of calculated gallons of water purified like other filters.

However, in the chain of water filtration cartridges, it should be used with other forms of filtration cartridges such as reverse osmosis or activated carbon filtering systems.

Multi-stage cartridge filtration system

Some modern filtering systems often include a multi-stage filtration by using a separate cartridge filtration chamber for each type of filtering. There may be up to 6 chambers in the filtering line. Each chamber has a different filtering cartridge set up in a way as to remove the biggest components to the smallest viruses.

Ex: the first cartridge filter will remove sediments and particles, the next one will remove any chemical pollution, the next one will kill bacteria and viruses, and so on. This decontamination will result in a healthy, pure, and clear water, safe for drinking and cooking.

Rainwater treatment system design

The above information has been collected everywhere: internet, books, discussion forums, etc. The design of the Rainwater Treatment System is in development. We are looking for a volunteer technician or an engineer in biochemistry to participate in this system’s design. Welcome.

More to come…

Collecte d’eau de pluie – Processus de Traitement

La saturation de l’humidité dans l’air forme les nuages. Les gouttelettes minuscules s’agglutinent autour d’une particule fine flottant dans les nuages et forme une goutte de pluie. Cette particule fine, dans le noyau de la goutte de pluie est déjà une particule de pollution. Lorsque la goutte de pluie tombe, elle accumule plus de particules de différentes matières mais pas de l’eau pure. Celles-ci sont les premiers contaminants de la goutte de pluie.

Lorsque des milliards de gouttelettes de pluie forme un orage, et l’eau tombe sur le sol ou sur des objets, l’eau qui s’accumule s’imprègne encore plus de contaminants en lavant la saleté accumulée sur le sol et sur les toits des bâtiments.

Le sol et les toitures ne sont pas des objets propres ; ces surfaces sont couvertes de débris de toutes sortes, déjections d’animaux et de particules de fumée tombées sur le sol et une quantité de petits corps étrangers (insectes, etc.). Ce mélange de contamination peut être composé de n’importe quoi. Il pourrait être nocif pour l’humain et les animaux.

L’eau de la pluie doit être purgée de ces contaminants. Elle doit être traitée contre les bactéries, les virus, les protozoaires, les particules de métal et les déchets organiques des espèces vivantes.

Pour rendre cette eau utilisable, elle sera filtrée et traitée adéquatement. Après que l’eau de pluie aura été collectée, qu’elle aura traversé le filtre primaire, et emmagasinée dans les réservoirs, elle traversera plusieurs étapes de décontamination en deux phases avant son utilisation. Dans la première phase, l’eau sera traitée pour son utilisation en « eau de service » et dans la deuxième phase, pour devenir de l’eau potable.

Pourquoi l’eau de pluie doit-elle être traités ?

Lorsque l’eau des océans s’évapore de la surface de la planète, les vapeurs d’eau sont 100% pure, soit H²O. Mais, lorsque cette vapeur monte pour former des nuages, elle absorbe, durant son ascension, une multitude de substances présentes dans l’atmosphère, comme des particules de poussière, des spores organiques, des résidus de gaz, des particules de métal en suspension, du pollen et des graines qui flottent dans l’air, et la liste est longue des matières susceptibles de coller à la goutte qui se condense et, par l’effet de la gravité, tombe finalement sous forme de pluie par la gravité au sol et sur les toitures où cette eau peut être récupérée.

Ensuite, l’eau ruisselle sur le toit vers le système de collecteurs emportant avec elle encore plus de pollution. C’est la raison d’être du système de « premier rinçage »  pour éliminer ce que la nature a laissé sur la toiture.

Après le « premier rinçage », l’eau passe à travers un préfiltre grillagé dont il a été question déjà, pour empêcher les gros débris de pénétrer dans les colonnes collectrices.

Qu’arrive-t-il après le « premier rinçage » ?

Lorsque la quantité d’eau prédéterminée aura rempli le vase du système de valve du « premier rinçage », le poids de la quantité prédéterminée d’eau dans le vase activera la trappe qui ferme l’entrée de la colonne collectrice et l’eau accumulée sur le toit peut maintenant ruisseler librement dans la colonne.

Quand la pluie cesse de tomber un certain temps, le vase plein d’eau se vide lentement à travers un petit trou au fond du vase jusqu’à s’alléger assez pour que la trappe se referme sur l’entrée de la colonne. Si la pluie est arrêtée quelques heures, l’opération « premier rinçage » recommence à la prochaine averse.

Le vase doit être vérifié et débarrassé des débris restant au moins à chaque averse pour s’assurer que sa calibration par le poids soit adéquatement opérationnelle.

Pourquoi de si grosses colonnes ?

Les colonnes sont des réservoirs temporaires pour l’arrivée de l’eau de pluie. La plus grosse colonne mesure 48 pouces de diamètre avec une cavité au centre de 23.5 pouces. Une colonne de cette dimension peut contenir au moins 3 560 litres d’eau (3 560 kg) lorsqu’elle est remplie à 40 pieds de hauteur. L’eau s’écoule lentement à travers un conduit de 6 pouces de diamètre au bas de la colonne vers un plus gros tuyau collecteur qui canalise l’eau jusqu’au réservoir de stockage.

Pour prévenir une pression d’eau excessive dans les colonnes, une valve (automatisée) de contrôle de l’eau est installée à la base de chaque colonne pour régulariser le flux de l’eau par ordinateur. Ceci pour éviter les surpressions dans les conduits collecteurs.

En plus d’être utilisées pour la collecte d’eau de pluie, les colonnes font partie de la conception architecturale du bâtiment, ayant ainsi un rôle important dans la structure. Plus de détails sont donnés sur les plans du système de collecte d’eau de pluie.

Qu’est-ce qu’on appele filtration primaire ?

La filtration primaire est la clé pour le système de stockage lorsque l’eau qui entre dans le réservoir est correctement préfiltrée. Cela signifie qu’un processus de filtrage doit enlever les hydrocarbures, les débris, les sédiments et d’autres polluants avant que l’eau entre dans le réservoir. Lorsque l’eau vient directement de la toiture, il est plus facile de la diriger vers un filtre de grillage et souvent à travers un filtre à vortex avant d’entrer dans le réservoir.


Qu’est ce qu’un filtre à vortex ou à action centrifuge ?

Un filtre à vortex ou à action centrifuge est utilisé dans le système de collecte d’eau de pluie pour séparer les débris de grosseur moyenne à plus gros du flux d’eau avant d’entrer dans le réservoir ou la citerne. Le filtre à vortex ne laisse pas passer les débris à travers le filtre, ils se heurtent contre la paroi et tombent au fond du filtre, mais ils laissent passer le flux d’eau libéré des débris jusqu’à sa destination finale.

L’effet capillaire est responsable de propulser l’eau vers la paroi de côté du filtre qui l’expulse à travers cette paroi vers le haut, au-dessus de l’eau non filtrée. Donc, l’eau de pluie entre par l’ouverture du haut ou entrée d’eau et tourbillonne autour de la circonférence de la paroi du filtre.

Ce genre de filtre ne requière pas autant d’entretien que les autres préfiltres, mais au détriment de la réduction de l’efficacité du filtre. Dépendamment de l’intensité du flux de l’eau, un filtre à vortex peut être efficace de 85% à 90%.

Source : Wikipedia – Conservationtechnology.com

Comprendre les filtres à sédiment

Installer un filtre à sédiment comme préfiltre au système de filtration d’eau de pluie prolongera la fiabilité de tout le système de traitement. Cette solution est idéale dans le cas où de gros volumes d’écailles, de débris, de rouille de tuyau, de sable fin et extra-fin, de gravillons ou de sédiments lourds doivent être enlevés du système de filtration.

Les filtres à sédiment sont plus efficaces à l’entrée du système. Normalement, cette méthode de filtrage est installée avant tous les autres filtres ou équipements de traitement.

La purge des particules accumulées peut être faite manuellement ou, dans des systèmes plus sophistiqués, la purge peut être automatisée et faite à des périodes séquentielles.




Première étape – le filtrage mécanique

Lorsque l’eau de pluie passe à travers le préfiltre à l’entrée de la colonne collectrice et qu’elle soit ensuite descendue dans le gros collecteur sous terre, elle est prête à passer à travers la première phase – le filtrage mécanique. Ce filtre est un panier grillagé qui capte les débris qui ont réussis à s’infiltrer à travers les mailles du préfiltre devant le collecteur (colonne). Normalement, ce filtre mécanique est un support au préfiltre. Il enlève les petits débris qui se sont faufilés à travers le préfiltre.


Deuxième étape – le réservoir de décantation

L’eau mécaniquement filtrée est pompée dans un grand réservoir pour décanter, laissant les sédiments se déposer lentement au fond du réservoir. À cette étape, il est possible d’y ajouter un léger traitement de chlore (optionnel) pour préparer l’eau de pluie avant le stockage.

Troisième étape – le filtrage à action centrifuge

Puis, l’eau est pompée du réservoir de décantation et passe à travers un filtre à action centrifuge. Dans ce type de filtre, l’eau est entrainée dans l’appareil et la force centrifuge éjecte les grosses particules, le sable, les débris et la boue vers la paroi de séparation extérieure, ils descendent et tombent dans un mouvement giratoire vers le fond.

Pour comprendre le fonctionnement de l’appareil, imaginons que l’eau entre avec force dans l’appareil par l’orifice du haut et que le flux rapide entraine l’eau dans un mouvement giratoire causant une spirale à l’intérieur de l’appareil. Le poids des grosses particules tels que le sable ou les particules organiques qui ont forcé leur passage à travers les filtres primaires, les entraine vers la paroi extérieure de l’appareil et, dans le mouvement giratoire descendant, les composantes sont forcées à rester au fond du boitier de l’appareil.

La force gravitationnelle attire les particules solides séparées vers le bas dans la chambre des particules rejetées. L’eau claire remonte à travers le vortex giratoire de l’eau et retourne dans les conduits du système.

Ces appareils n’ont aucun grillage ni paroi trouée, aucune partie mobile ni média de filtration, alors la pression n’est aucunement sacrifiée.

Quatrième étape – le filtre au sable et au charbon activé

Le réservoir contenant le sable et le charbon activé est composé de deux couches filtrantes, la première couche est le filtre au sable qui enlève les microparticules des composantes chimiques aussi bien que certains microorganismes plus gros que 1 micron.

La deuxième couche est composée de charbon activé, filtrant, du moins réduisant, les composantes chimiques comme le fer, les sulfates d’hydrogène et enlève aussi les odeurs et les agents colorants. Toutefois, ce genre de filtre n’enlève pas les bactéries ni les virus.

La troisième couche est munie de petits graviers. Cette couche n’est pas filtrante. Son rôle est de réoxygéner l’eau avant de la canaliser vers les réservoirs de stockage. À cette étape du traitement, l’eau est assez propre pour être stockée dans le réservoir d’eau de service ou stockée dans d’autres réservoirs de réserve pour être utilisée plus tard. À noter que cette eau n’est toujours pas conseillée à la consommation humaine ou animale.




Traitements après stockage

Le traitement de l’eau de pluie après stockage et avant usage, est critique autant pour la santé des utilisateurs que pour l’entretien du système. Le niveau du traitement dépendra du but de l’utilisation de l’eau. Par exemple, l’eau utilisée pour l’arrosage goutte à goutte de l’aménagement paysager n’aura pas les mêmes besoins en traitement que l’eau potable pour les utilités domestiques.

Dans tous les cas, il est recommandé qu’une approche multi-barrière soit envisagée dans laquelle plus d’une méthode de traitement sont utilisées pour maximiser l’efficacité. Par exemple, un alignement de plusieurs filtres à cartouches suivi d’une désinfection ultraviolette soit installé pour l’eau potable dans les régions rurales.

Le système de traitement aligné de filtres à cartouches commence par la Filtration. Il y a une variété de niveaux de filtration, et ils sont qualifiés par la grosseur des particules en « micron ». Certains filtres peuvent enlever le sédiment, les métaux at d’autres peuvent enlever les matières organiques. D’autres peuvent enlever les microorganismes, les bactéries, etc. Ensuite, une méthode de désinfection est requise.

Après la filtration, c’est la Désinfection. Le but de la désinfection est de détruire les organismes microbiologiques qui sont en mesure de causer des maladies ou des infections. Les microorganismes plus petits, comme les bactéries, peuvent passer à travers les filtres à cartouches plus poreux, alors, il est nécessaire de choisir la désinfection. Il y a trois méthodes de désinfection communes aux systèmes de collecte d’eau de pluie : la chloration, l’ultraviolet (UV), et l’ozonation.

La Chloration est l’utilisation de produit chimique, le chlore, dans les formats secs, liquides ou gazeux pour tuer les microorganismes. Il est très efficace pour les virus et les bactéries. L’avantage que donne le chlore est qu’il laisse des résidus de sorte que le système de distribution soit constamment désinfecté. Toutefois, l’utilisation du chlore peut s’avérer dangereux, alors, il est important de suivre le guide et les recommandations du manufacturier. Il est fortement suggéré d’utiliser le chlore approuvé pour l’eau potable. (Standards ANSI/NSF 60).

La Lumière Ultraviolette est une méthode de désinfection commune utilisées dans plusieurs pays. L’appareil fonctionne en faisant passer l’eau dans un tube opaque dans lequel une lumière ultraviolette est installée. Il est nécessaire que cet appareil soit muni d’une alarme afin d’avertir, si la lumière est défectueuse, dans ce cas l’eau ne serait plus désinfectée. Il est important de mentionner que l’efficacité de la désinfection est maximale lorsque l’eau est claire. Des particules en suspension dans l’eau peuvent empêcher les pathogènes de recevoir la dose de lumière requise. C’est la raison pour laquelle la filtration de particules est critique AVANT le traitement à l’ultraviolet. La lumière ultraviolette est dommageable pour les yeux, alors il est nécessaire de porter des lunettes de sécurité appropriées pour faire l’entretien de cet équipement.

L’Ozonation désinfecte en introduisant du gaz d’ozone dans l’eau. Ce traitement est habituellement appliqué juste avant le système de distribution d’eau potable, dans le réservoir prévu pour l’eau potable. Ce gaz est sans couleur et désinfecte, oxyde, déodorise et décolore. L’ozone est toxique donc, l’installation et l’entretien de ce genre de système doivent être exécutés par des professionnels agréés.

L’Absorption utilise du charbon activé (filtre au charbon) pour se combiner aux contaminants nuisibles, comme les composés organiques volatils(COV). Ce sont des filtres utilisés couramment sous les robinets domestiques. Ils peuvent aussi être utilisés pour éliminer le chlore dans l’eau.

Source : Inspiré de : AgriLife Extension (Texas)


Traitements courants


Traitement de désinfection au chlore

Un traitement de désinfection au chlore est une forme efficace de traitement contre les bactéries nuisibles, les virus et la giardia. Toutefois, il a un effet très limité sur le cryptospridium.

Qu’est-ce que la chloration ?

La chloration est un traitement de l’eau utilisé pour la gastronomie et pour la consommation sécuritaire de l’eau. L’ajout de chlore dans l’eau potable a grandement réduit le risque de maladies hydriques telles que la fièvre typhoïde, la dysenterie, le choléra et la gastroentérite. Il libère aussi les odeurs, l’oxyde de fer et d’autres métaux, les bactéries et les microorganismes pathogènes, qui causent des maladies sérieuses à l’espèce humaine.

Le chlore est le produit chimique le plus utilisé pour la désinfection de l’eau. Il peut désinfecter la plupart des microorganismes et son coût est abordable. Mais, une dose normale ne tue pas tous les virus, les kystes ou les vers. Le traitement au chlore est habituellement combiné avec d’autres systèmes de filtration ou au traitement ultraviolet et, la plupart du temps, les deux.

Comment fonctionne le traitement au chlore ?

Le chlore se combine avec des produits chimiques dissous dans l’eau et des microorganismes, les petits animaux, le tissu des plantes, les saveurs, les odeurs et les colorants. Ces composantes épuisent entièrement le chlore et compromet la demande de chlore dans le système de traitement. Il est important d’ajouter suffisamment de chlore dans l’eau pour subvenir à la demande et pour maintenir une capacité de désinfection résiduelle.

Le chlore qui ne se combine pas avec les autres composantes dans l’eau est libre (résiduel), et le point de rupture est celui dans lequel le chlore libre est disponible pour la désinfection en continue. Un système idéal est celui qui fournit le chlore libre dans une concentration de 0.3 à 0.5 mg/l. Les trousses de vérification colorimétrique DPD sont les plus communes (cette appellation désigne le « Diméthyle Phényle Diamine » qui produit les réactions de couleur), et sont disponibles pour vérifier les points de rupture et le chlore résiduel dans les systèmes de chloration privés. Les trousses doivent tester le chlore libre et non le chlore total. Aussi, il est recommandé de surveiller le ORP (Oxidation Reduction Potential), c’est-à-dire le Potentiel de Réduction de l’Oxydation. Source : Université de la Californie et YSI.

Comment utiliser les systèmes de chloration pour l’eau de pluie ?

À être spécifié suite à la conception finale du système.

Le traitement de l’Irradiation Ultraviolette

Le traitement par l’irradiation ultraviolette est une désinfection des plus efficaces contre les bactéries, les virusses et les protozoaires par les UV-C.

Qu’est-ce que l’irradiation ultraviolette germicidal ?

L’irradiation ultraviolette germicidal (UVGI) est une méthode de désinfection qui utilise les ultraviolets d’ondes courtes (ultraviolet C ou UV-C) qui tuent ou désactivent les microorganismes en détruisant les acides nucléiques en dérangeant leur ADN, les empêchant d’accomplir les fonctions cellulaires vitales. Les UVGI sont utilisés dans une variété d’applications, comme pour la nourriture, l’air et la purification de l’eau.

La lumière UV-C est faible à la surface de la Terre parce que la couche d’ozone de l’atmosphère la bloque. Les appareils UVGI peuvent produire la lumière UV-C assez forte en circulant dans des systèmes purificateurs d’air ou de l’eau pour rendre l’environnement inhospitalier aux microorganismes comme les bactéries, les virus, les moisissures et d’autres pathogènes. Les UVGI peuvent être assistés par des systèmes de filtration pour rendre l’air et l’eau sains.

L’application des UVGI pour désinfecter est devenue une pratique acceptée au milieu du 20e siècle. Elle a été utilisée principalement pour l’hygiène sanitaire médicale et pour le travail de l’équipement stérile. De plus en plus en demande, son application a été utilisée pour stériliser l’eau potable et l’eau usée depuis que l’élément d’irradiation UV a été encapsulé dans lequel l’air et l’eau peuvent circuler pour assurer une exposition plus grande aux ultraviolets. L’UVGI a trouvé une application renouvelée avec les purificateurs d’air. Source : Wikipedia

L’irradiation ultraviolette germicidal (UVGI) est l’utilisation de l’énergie ultraviolette (radiation électromagnétique avec une longueur d’onde plus courte que celle de la lumière visible) pour tuer ou désactiver les espèces virales comme les bactéries et les moisissures. Le spectre des ultraviolets est communément divisé en UVA (longueur d’onde de 400 nm à 315 nm), en UVB (315 nm à 280 nm), et en UVC (280 nm à 200 nm). Le spectre entier des UV peut tuer ou désactiver plusieurs microorganismes, mais l’énergie des UVC produit le plus grand effet germicidal, et à 265 nm est la longueur d’onde optimale. (Source : US Gov.)

Toutefois, vue que le traitement UV requiert que l’eau de pluie soit libre de toutes particules, l’eau sera prétraitée pour les éliminer.

Qu’est-ce qu’un prétraitement UV ?

Le processus du traitement à la lumière ultraviolette nécessite que l’eau passe à l’intérieur d’un cylindre opaque équipé d’une lampe UV. La lumière UV-C détruira les bactéries et d’autres pathogènes dans l’eau pour la rendre sécuritaire et potable. Ce processus requiert que l’eau soit complètement libre de toutes particules. Une petite quantité ce ces particules dans l’eau peuvent causer un ombrage sous lequel les bactéries peut encore survivre, donc, un préfiltre très fin est requis.

L’élimination des particules avant le traitement ultraviolet est essentielle pour une filtration efficace. L’eau doit être filtrée à 5 microns avant qu’elle soit prête à passer à travers le filtre de traitement UV-C. Il existe différents types de filtres pré-UV. Les plus populaires sont les filtres à cartouche pour différentes fonctions. Les filtres à cartouches sont disponibles en unité à simple cartouche, à double cartouches ou à triple cartouches. Plusieurs systèmes sont dotés de valve pour le rétro-nettoyage (manuelle ou automatisée) sur le premier étage pour rejeter les débris filtrés.

Qu’utilise-t-on normalement pour le traitement pré-ultraviolet ?

Plusieurs types de filtres qui peuvent être utilisés comme prétraitement pour l’ultraviolet. Les cartouches les plus communes sont :

  • Les filtres à sédiment
  • Les filtres en céramique
  • Les filtres membranes d’osmose inversé
  • Les filtres au charbon activé

La filtration à sédiment en cartouche

Le filtre à sédiment est la défense de première ligne contre la pollution de débris qui n’est pas solide. Les filtres à sédiment enlèvent les solides suspendus dans l’eau tels que le sable, la poussière, la saleté, le limon, la glaise, la rouille, les écailles et d’autres particules plus grosses qu’un micron. Si le sédiment contenu dans l’eau n’est pas éliminé, il peut bloquer les valves, les jauges, etc., et causer des dommages au chauffe-eau.

La filtration à sédiment prévient aussi le disfonctionnement des autres systèmes de filtration comme le filtre à osmose inversé et le purificateur à ultraviolet. Il protège les systèmes de filtration de toutes les particules solides qui pourraient affecter leurs performances. Les filtres à sédiment gardent l’eau claire et sécuritaire.

Les filtres à cartouche des piscines sont des filtres à sédiment, empêchant la saleté et la glaise de brouiller l’eau parfaitement claire des piscines. Mais, ce type de filtration n’enlèvera pas les microorganismes, les bactéries ou les produits chimiques de l’eau.

La filtration céramique en cartouche

D’autres traitements peuvent utiliser des filtres de type filterscan (détection d’efficacité par mesure de pression avant et après) en cartouche de céramique pour enlever le sédiment et les bactéries mais inefficace contre les virus. La filtration à céramique de l’eau est relativement peu couteuse. Ce n’est pas seulement peu coûteux mais c’est aussi un matériau de céramique efficace dû à ses pores très fins qui enlèvent, non seulement la saleté et les débris mais aussi les bactéries de l’eau.

L’avantage de ce genre de filtre est qu’il laisse l’oxygène et les minéraux de l’eau inchangés. Ces composantes sont responsables de la douceur et de la fraîcheur de l’eau.

Une autre caractéristique intéressante est le rôle que joue la polarité magnétique du filtre. Étant chargé positivement, il a la qualité d’attirer les bactéries. Quand la bactérie fait le contact avec la céramique, infusée d’ion d’argent, les ions métalliques positivement chargés détruisent la bactérie. Ce genre de filtre dure plus longtemps que les autres, aussi longtemps qu’il y a un préfiltre à sédiment qui le précède.

La filtration à osmose inversé

L’osmose inversé est utilisé pour enlever les contaminants dilués dans l’eau comme le sel de mer, l’huile, les nitrates, le protozoaire, la bactérie, le virus, l’arsenic, les métaux lourds et les minéraux, ainsi que d’autres polluants en poussant l’eau sous pression à travers une membrane semi-perméable. C’est un processus qui se manifeste lorsque la pression, plus grande que la pression osmotique, est appliquée pour concentrer la solution. L’eau est forcée à circuler du côté concentré vers le côté dilué et les contaminants sont retenus par la membrane.

Les systèmes d’osmose inversé permettent l’extraction des contaminants, ce qui permet à l’eau d’être potable parce qu’il tue les bactéries. Ils sont très efficaces et éliminent une grande quantité de contaminants. Le plus grand avantage est qu’aucun produit chimique n’est ajouté.

La membrane d’un filtre à osmose inversé à cartouche est extrêmement dense, le rendant apte à filtrer les particules les plus fines. Certains filtres à osmose inversé peuvent enlever des contaminants comme les microorganismes et les virus aussi petits que 1/10,000 d’un micron. Ces filtres sont extrêmement efficaces pour enlever presque tout de l’eau, incluant les pesticides, les produits chimiques, les odeurs et les goûts nauséabonds.

Certaines membranes sont conçues pour enlever une grande variété de contaminants organiques et des impuretés dissoutes incluant les ions de sel et d’autres molécules, très petits et difficiles à filtrer. D’autres membranes commerciales sont conçues pour des applications spécifiques comme des nano particules, l’eau stagnante et même l’eau de mer.

Les filtres à osmose inversé sont très efficaces mais sont plus sophistiqués et requièrent une installation plus complexe.

L’ultra filtration par membrane peut faire le travail mais enlève aussi les virus. Toutefois, ce genre de filtre demandera plus d’entretien comme des rinçages inversés.

La filtration à charbon activé en cartouche

Les filtres au charbon activé sont utilisés là où le goût ou l’odeur de l’eau de l’alimentation est un problème. Le filtre peut être un bloc de charbon ou sous forme de granules activées (GAC). Ces filtres sont généralement fabriqués à base de charbon et c’est une méthode peu coûteuse pour enlever les toxines les plus dommageables de l’eau. Ils peuvent être utilisés après la décantation.

Le charbon activé est un charbon qui a été chauffé à une très haute température. Chaque granule est poreuse et a une très grande surface (500 m² par gramme). Lorsque l’eau passe à travers le charbon, les granules capturent les molécules polluantes et les contaminants chimiques qui colorent l’eau comme le chlore et les composés organiques volatiles (COV). Cependant, les filtres au charbon n’enlèvent pas le contenu en minéraux de l’eau.

Le charbon est extrêmement efficace pour enlever les mauvais goûts et les odeurs nauséabondes dans l’eau, mais ne sont pas si efficaces pour enlever les sels, les minéraux ou le sédiment. Un filtre de granules de charbon activé peut être ajouté comme préfiltre au traitement UV et ceci est essentiel pour l’eau potable.

Les filtres au charbon doivent être changés au moins une fois par année à moins que des indices de mauvaises odeurs ou de mauvais goût soient apparents. Les filtres au charbon ne tuent pas les bactéries mais ils peuvent faire partie d’un processus de préfiltration.

La filtration à l’ultraviolet en cartouche

Les filtres à l’ultraviolet en cartouche sont différents des autres filtres à cartouche du fait que l’eau ne passe pas à travers. Une lumière ultraviolette est fixée à l’intérieur de la chambre et tue les bactéries et les microorganismes, les exposant à la lumière UV en attaquant leur noyau génétique (ADN). Ils sont extrêmement efficaces en éliminant leur capacité de se reproduire. Les filtres à l’ultraviolet sont idéals pour détruire les moisissures, la salmonelle, les kystes, la dysenterie, l’algue et toutes sortes de virusses et de bactéries. Ces filtres sont efficaces et sécuritaire pour l’environnement. Ils détruisent 99.99% des microorganismes nuisibles sans ajout de produits chimiques et sans changement de goût ou d’odeur de l’eau. Les lumières UV sont conçues pour rester toujours allumées et possèdent une durée qui se mesure en heures de fonctionnement et non en gallons d’eau purifiés comme les autres filtres.

Toutefois, dans la chaîne de cartouches de filtration, ce filtre doit être utilisé avec d’autres filtres à cartouche comme la filtration à l’osmose inverse ou au charbon activé.

Un système de filtration à multi-étage à cartouche

Certains systèmes de filtration modernes incluent souvent une filtration multi-étage en utilisant des filtres à cartouche ayant une chambre pour chaque filtre différent. Il peu y avoir jusqu’à 6 chambres pour filtres à cartouche dans la chaîne. Chaque chambre possède une cartouche différente de façon à éliminer de la plus grosse particule à la plus petite qui est le virus.

Ex : le premier filtre à cartouche sera pour enlever le sédiment et les particules grossières, le suivant enlèvera la pollution chimique, puis suivra celui qui tuera les bactéries et les virus, ainsi de suite. Cette décontamination résultera en une eau saine, pure, claire et sécuritaire pour boire et cuisiner.

Conception du système de traitement de l’eau de pluie

L’information ci-haut a été recueillie partout : sur Internet, dans des livres, dans des forums de discussion, etc. La conception du système de traitement d’eau de pluie est en développement. Nous cherchons un technicien ou un ingénieur en biochimie bénévole pour participer à la conception du système. Bienvenu.

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