You are here:
Roof rainwater quality monitoring system using low-cost sensor technologies and Arduino software: A proof-of-concept
Citation:
Ghimire, S., K. Wolfe, J. Johnston, S. Kraemer, J. McMahan, AND A. Lindquist. Roof rainwater quality monitoring system using low-cost sensor technologies and Arduino software: A proof-of-concept. 2024 International Congress on Environmental Modelling and Software Annual Meeting, East Lansing, MI, June 23 - 27, 2024.
Impact/Purpose:
This study is part of EPA Pathfinder Innovation Projects (PIPs) 2023. In it, we demonstrated the roof rainwater harvesting water quality monitoring system called Sensing-Recording-Grading (SRG) system using an EPA ORD office building in Athens, GA. The SRG system comprised of rainwater collection infrastructures, low-cost sensors hardware and publicly available Arduino software. The study is expected to guide future data validation and field demonstrations.
Description:
Globally, rainwater harvesting (RWH) has been creatively used to address water supply needs for various non-potable and domestic potable purposes in the face of climate change and water supply reliability. Previously, we investigated comprehensive human health and environmental implications of RWH using life cycle assessment, life cycle cost assessment, eco-efficiency and sustainability assessment tools <span style='mso-ansi-language: EN-US'><span style='mso-spacerun:yes'> ADDIN EN.CITE <span style='mso-spacerun:yes'> ADDIN EN.CITE.DATA 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 <span style='mso-element:field-separator'>(e.g., Ghimire et al., 2019; Ghimire et al., 2014; Ghimire et al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span style='mso-element:field-end'>. However, tracing of physical, chemical, or biological contaminants present in RWH was beyond the scope of these studies. An online monitoring system of sensors is critical for monitoring such RWH quality parameters and supporting improved risk-based treatment guidance development. This study aims to develop a methodology for creating a roof RWH water quality monitoring system called Sensing-Recording-Grading (SRG) system comprising of rainwater collection infrastructures, low-cost sensors hardware and publicly available Arduino (an open-source electronics platform of hardware and software) that can be implemented for additional field demonstrations.
