인공 지능 및 데이터 통합을 통해 식수 및 하수처리장과 관개에서 발생하는 극한 상황을 예측하고 대비하면 몇 년 안에 보다 예방적이고 자동화된 관리를 제공할 수 있다.

물순환 관리는 도시의 상수도, 물 재이용, 위생 시설 관리 및 관개를 가능하게 하는 시스템과 프로세스를 처리하는 작업이다. 이러한 각 단계에서 프로세스를 자동화하는 것은 현재의 물 시나리오를 향상시킬 수 있는 가장 큰 잠재력을 가진 기술 중 하나다.

이를 통해 유틸리티(utilities)는 더 나은 운영 및 관리, 비용 절감, 부가가치 등의 이점을 얻을 수 있다. 물산업 조사기관인 GWI(Global Water Intelligence)의 2019년 ‘디지털 워터 유틸리티 가속화(Accelerating the Digital Water Utility)’ 보고서에 따르면 운영 자동화로 인한 투자 수익률은 최대 14%에 이를 것으로 예측된다.

혁신적이고, 공급업체에 구애받지 않는 기술 솔루션에 데이터를 통합하는 것은 극단적 사건, 정수처리장(DWTP), 하수처리장(WWTP) 및 스마트 관개와 같은 다양한 분야에서 예방적이고, 자동적인 관리를 시행하기 위한 첫 번째 단계다.

극단적 사건에 대한 대비 및 경고

호르헤 헬름브레히트(Jorge Helmbrecht) 비즈니스 개발 이사는 “가뭄, 폭풍, 홍수 등 물과 관련된 모든 사건이 지난 50년간 발생한 재난 중 1위를 차지했다”라며 “따라서 점점 더 많은 유틸리티가 이러한 사건으로 인한 피해와 운영 비용을 줄이기 위해 스마트 기술 솔루션을 구축하기로 선택하고 있다”라고 말했다.  

센서, 과거 데이터 분석, 날씨 및 수문학적 예측 모델의 구현을 통해 솔루션은 임곗값 초과를 기반으로 잠재적인 사건을 예측할 수 있다. 내부 또는 외부의 이러한 데이터는 수학적 모델의 사용과 결합돼 시나리오를 시뮬레이션하고 의사 결정을 지원하기 위한 분석을 수행한다. 

헬름브레히트는 “자동화는 투자 수익이 비용의 최대 10배에 달하는 조기 경보 시스템의 핵심 부분이다”라고 말했다.

정수처리장 자동화   

미렌 알데코아(Miren Aldecoa) 수처리 및 담수화 컨설턴트는 “다양한 정수처리장 프로세스를 개별적으로 제어하는 것과 대조적으로 디지털 전환(digital transformation)은 중앙 집중식 데이터 관리를 제공한다”라고 말했다. 고급 예측 제어에서 알고리즘 모델은 프로세스를 예측하고 최적화해, 학습하고 해결하며 사람의 개입 없는 자동화된 기술을 제공한다. 

사용 사례로는 수집된 물의 품질 예측, 응고를 위한 투여 자동화, 저장된 화학 물질의 특성 시뮬레이션, 디캔터 모니터링(monitoring decanters), 여과 및 펌핑 최적화 등이 있다.

국제 물기술 회사에 따르면 앞으로 우리는 처리장 및 저장 탱크 배출구에서 소비 시점에 이르기까지, 상수도 네트워크에서 발생하는 사건을 감지하는 데 획기적인 성과를 볼 수 있으며, 이는 중요한 수질 변수를 자동화하고 모니터링함으로써 이뤄질 수 있다. 

따라서 분산된 데이터를 통합 및 분석해 운영 사일로(operational silos)를 무너뜨리고, 처리장을 중앙 집중식 자동 제어로 전환하며, 의사 결정을 단순화하는 디지털 플랫폼을 출시하는 것이 더욱 중요하다.

하수처리장 운영 개선  

하수처리장은 새로운 과제에 직면해 있다. 온실가스 배출, 냄새 및 소음을 줄이려는 요구와 함께 처리장 폐수 및 슬러지 품질에 대한 더 엄격한 품질 요구 사항으로 인해 운영이 더욱 복잡해졌다.  

파블로 몬탈빌로(Pablo Montalvillo) 이드리카(Idrica)의 하수 디지털화 컨설턴트는 “센서를 장착한 장비를 설치하고 내부(LIMS, CMMS, SCADA, 현장 장치) 및 외부(날씨 데이터, 소셜 미디어) 데이터를 통합하면 품질, 환경 및 운영 비용 측면에서 하수처리장을 최적화할 수 있다“라고 주장했다.

이 데이터에 적용된 알고리즘과 수학적 모델을 사용해 유틸리티는 취해야 할 조치에 대한 권장 사항을 제공받고, 잠재적인 문제를 예측하며 처리장과 관련된 프로세스를 최적화할 수 있다. 

이드리카는 또한 처리장에 필요한 모든 작업을 자동으로 실행할 수 있는 시스템을 구현해 운영 개선, 견고성 및 비용 절감을 가져오는 추세라고 말했다. 

스마트 관개 자동화에 투자하는 관개 업체

‘농업 관개 자동화’는 물 발자국(water footprint)을 줄이고 지속 가능성을 촉진하며 비즈니스에서 발생하는 비용을 최적화한다. 시작은 스마트 관개로, 토양의 습도와 종류, 기후 조건 및 일기 예보를 고려하면서 작물의 실제 수요에 따라 관개하는 것을 의미한다. 

기술 솔루션은 원격 감지와 현장에 설치된 센서의 정보를 활용해 물 균형을 계산함으로써 언제 그리고 얼마나 관개해야 하는지 알려준다.

그럼에도 불구하고 헬름브레히트는 “농업 관개 자동 조정은 한 단계 더 나아간다”고 지적했다. 점점 더 많은 관개 협회가 이 과정을 자동화하고 있다. 주요 동인 중 하나는 물 사용을 최적화하면 에너지 사용량이 줄어들기 때문에 지속 가능성이 향상된다는 것이다.

이를 위해서는 센서를 장착한 장비를 설치하고, 모든 네트워크를 모니터링해야 한다. 올해 이드리카는 관개 협회가 인프라를 디지털 방식으로 전환하고 데이터를 활용해 더 큰 지속 가능성을 달성할 수 있는 새로운 기술 솔루션을 출시하는 데 투자할 것으로 기대한다.

[원문보기]

Process automation, key to new water cycle management

Rolling out artificial intelligence and data integration to warn of and prepare for extreme events in drinking water and wastewater treatment plants, and for irrigation will deliver more preventive, automated management in just a few years.  

Part of managing the water cycle is the challenging task of handling the systems and processes that enable urban water supply, water reuse, sanitation, and irrigation. In each of these stages, process automation is one of the technological opportunities with the greatest potential to enhance the current water scenario.

The significant upsides for utilities include better operations and management, lower costs, and added value. Global Water Intelligence’s 2019 ‘Accelerating the Digital Water Utility’ report says the return on investment from automating operations can be as high as 14%. 

Integrating data into innovative, vendor-agnostic technological solutions is the first step towards more preventive, automatic management across a range of fields, such as extreme events, drinking water treatment plants (DWTP), wastewater treatment plants (WWTP), and smart irrigation. 

Preparing for and warning about extreme events 

Droughts, storms, and floods, all water-related incidents, top the list of disasters over the past 50 years. Hence “more and more utilities are choosing to deploy smart technological solutions to mitigate the damage and operational costs of these events,” says Jorge Helmbrecht, Business Development Director de Idrica 

The implementation of sensors, historical data analysis, and weather and hydrological prediction models enable the solutions to identify potential events based on threshold exceedances. These data, which may be internal or external, coupled with the use of mathematical models mean analyses can be performed to simulate scenarios and support decision-making. “Automation is a key part of early warning systems whose return on investment is up to ten times their cost,” stated Helmbrecht.  

Automating drinking water treatment plants  

In contrast to the control of the various DWTP processes in isolation, “digital transformation paves the way to centralized data management,” added Miren Aldecoa, Water Treatment & Desalination Consultant de Idrica. In advanced predictive control, the algorithmic models learn and solve by predicting and optimizing processes and can automate them without human intervention.  

Use cases include forecasting the quality of the water collected, automating dosing for coagulation, simulating the properties of stored chemicals, monitoring decanters, and optimizing filtration and pumping. 

According to the international water technology company, in the future we will see progress in the detection of events that may occur in water supply networks. will see breakthroughs in detecting events that take place in supply networks from the treatment plant and/or storage tank outlet to the point of consumption. This will be accomplished by automating and monitoring significant water quality variables. Water health criteria will thus be expanded beyond viruses and bacteria (SARS-CoV-2, legionella, etc.).  

This makes it all the more imperative to roll out digital platforms that integrate and analyze dispersed data to break down operational silos, shift towards centralized, automatic control of the plant, and simplify decision-making.

automation Improving WWTP operations

Wastewater treatment plants (WWTPs) are facing new challenges. Stricter quality requirements for plant effluent and sludge quality alongside calls to cut greenhouse gas emissions, smells, and noise are making running them more complex.  

The digital industry brings new options for improved connectivity and operations, further enhancing centralized work. “Fitting equipment with sensors and the subsequent integration of internal (LIMS, CMMS, SCADA, field devices, etc.) and external (weather data, social media) data will optimize WWTPs in terms of quality, the environment, and operating costs,” argued Pablo Montalvillo, Wastewater Digitalization Consultant at Idrica. 

By using algorithms and mathematical models applied to this data, utilities can receive recommendations on actions to be taken, anticipating potential problems and optimizing the processes involved in the plant. Idrica also points out that the trend is to implement systems that can automatically trigger any actions required in the plant, resulting in operational improvements, robustness, and lower costs.  

Irrigators invest in smart irrigation automation  

Automating agricultural irrigation is designed to shrink the water footprint, promote environmental sustainability, and optimize the costs incurred in the business. The starting point is smart irrigation, which means irrigating on the basis of the real needs of the crops while factoring in the humidity and type of soil, climate conditions, and weather forecasts. Technological solutions show when and how much to irrigate by harnessing remote sensing plus information from sensors placed in the fields to calculate the water balance.  

Nonetheless, “automatic adjustment of agricultural irrigation scheduling goes one step further,” noted Jorge Helmbrecht. More and more irrigation associations are automating this process. One of the main drivers is enhanced environmental sustainability since optimizing water use also cuts energy usage. 

To make this happen, all network assets need to be monitored by fitting equipment with sensors. This year, Idrica expects irrigation associations to invest in digitally transforming their infrastructures and rolling out new technological solutions that can tap into data to achieve greater sustainability.  

[출처 = Idrica(https://www.idrica.com/blog/process-automation-key-to-new-water-cycle-management/) / 2023년 10월 4일)]

[번역 = 박원희 기자]