스페인의 다국적 물기업인 이드리카(Idrica)의 보고서 ‘하·폐수처리장의 디지털 변환 : 보다 지속 가능한 미래의 열쇠(Digital transformation of WWTPs : key to a more sustainable future)’에 따르면 모든 데이터 소스를 단일 환경에 통합하는 것은 하·폐수처리장의 디지털 변환에서 모든 프로세스를 포괄적으로 제어할 수 있는 기본 단계이다.

가장 진보된 디지털 변환(Digital transformation)은 데이터를 사용하여 예측 모델, 시뮬레이션, 이상 탐지 알고리즘(algorithms) 및 의사결정 지원 시스템을 생성, 교육 및 제공한다.

하·폐수처리장(WWTP) 관리의 주요 목표는 최소한의 운영비용과 최소한의 환경 영향으로 처리된 수질의 요구 기준을 달성하는 것이다.

이 과제는 WWTP 운영자가 여러 이질적 소스(heterogeneous sources)의 방대한 양의 데이터를 실제 작업으로 처리하고 변환할 수 있어야 하는 상황에서 특히 중요하다.

이러한 배경에서 WWTP에 정보관리시스템(Information Management Systems ; IMS)를 구현하는 것이 이러한 데이터를 캡처, 표준화 및 통합하는 가장 좋은 방법이다. 

따라서, 실제로 이용 가능한 모든 정보의 잠재력을 활용하기 위해 상호 연결된 데이터의 단일 소스가 설정됩니다. 이는 다국적 물기업인 이드리카(Idrica)가 최근 ‘WWTP의 디지털 전환 : 보다 지속 가능한 미래의 열쇠’라는 제목의 보고서에서 개략적으로 설명한다.

이러한 IMS(정보 관리 시스템)는 WWTP가 LIMS(실험실 정보관리시스템 ; Laboratory Information Management System), CMMS(컴퓨터화 설비 유지관리시스템 ;  computerized maintenance management system) 및 SCADA(집중 원격감시 제어시스템 ; Supervisory Control And Data Acquisition)를 통해 운영자에게 치료 프로세스를 보다 정확하게 이해하고 최첨단 센서로 보완하는 새로운 기술의 도입을 통해 디지털 전환을 지속적으로 추구하는 상황에서 더욱 중요하다.

특히, 정교한 계측기의 배포가 증가함에 따라 제공되는 실시간 데이터 수집은 인프라 운영 방식을 변화시켜 더 빠르고 더 나은 정보에 입각한 의사 결정을 가능하게 한다.

소스를 단일 환경으로 통합

새로운 플랫폼은 이러한 모든 데이터 소스를 단일 환경에 통합하는 디지털 전환 과정의 다음 단계를 가능하게 해야 한다.

이것은 매우 중요하다. 이드리카의 하·폐수 전문가인 자코보 일루에카(Jacobo Illueca)에 따르면, “이를 통해 WWTP 운영자는 대시보드, 경고 시스템, 데이터 품질 제어 및 운영 KPI(핵심성과자표 ; Key Performance Indicator)의 실시간 계산을 통해 모든 프로세스를 포괄적으로 제어하여 운영 품질 및 재무 목표 준수를 모니터링할 수 있다”고 강조했다.

자코보 일루에카는 이와 함께 “하·폐수처리장의 모든 데이터를 종류와 출처에 관계없이 이용할 수 있는 단일 저장소를 구축하는 것이 신속하게 앞으로 나아가 강력한 결과를 전달하기 위해 필수적이다”라고 지적했다.

디지털 변환의 고급 단계에서 이 데이터는 예측 모델, 시뮬레이션, 이상 탐지 알고리즘 및 의사 결정 지원 시스템을 생성, 교육 및 공급하는 데 사용된다. 이 모든 것은 품질, 비용, 환경 영향 및 투명성 측면에서 플랜트 운영을 개선하는 것을 목표로 한다.

디지털 변환 전 단계

이드리카는 WWTP의 디지털 전환을 최적화하기 위해 보고서의 두 가지 초기 단계인 △WWTP의 예비 컨설팅 작업(preliminary consultancy work at the WWTP)과 △데이터 관리 시스템 구현(the implementation of data management systems)을 수행할 것을 권장한다.

첫 번째 컨설팅 단계에서는 운영자와 합의하여 WWTP의 시작점을 분석하고 처리장의 현실에 맞는 구체적인 목표를 설정함으로써 WWTP의 디지털 진단을 수행한다. 그 결과 이러한 목표를 달성하기 위한 맞춤형 실행 계획이 수립될 수 있다.

둘째, 데이터 관리 시스템을 구현하면 모든 WWTP 데이터를 통합하여 고급 인텔리전스(advanced intelligence)로 표준화하고 단일 전체 대시보드를 통해 가장 관련성이 높은 시스템 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

이 시스템 덕분에 “WWTP 관리자는 단일 인터페이스에서 모든 플랜트 운영을 모니터링할 수 있다. 또한 이러한 유형의 시스템은 모든 유형의 규칙을 생성하여 처리 공장의 프로세스를 자동화하고 각 프로세스에 대한 경보를 생성하는 데 사용될 수 있다”라고 이드리카의 하·폐수 전문가인 자코보 일루에카(Jacobo Illueca)는 강조했다.

모든 기술이 WWTP의 디지털 변환에 적합한 것은 아니다. 운영자가 아래에 언급된 주요 사용 사례를 개발할 수 있도록 일련의 특성을 준수해야 한다. 이드리카가 작성한 보고서에 따르면 기술은 다음과 같아야 한다.

① 적응성(Adaptable)이다. 여러 사용자 인증 시스템(auth/login)과 통합하고 서로 다른 데이터 저장소를 고려할 수 있다.

② 유연성(Flexible)이다.  확립된 비즈니스 프로세스에 따라 표준 사용자 정의 및 특정 동작을 지원한다.

③ 확장 가능성(Scalable)이다. 사용자 수가 증가함에 따라 대응할 수 있다.

④ 다중 환경성(Multi-environment)이다. 사내 프라이빗 클라우드(private cloud) 및 클라우드 기반(서비스 기반) 구축을 지원한다.

⑤ 경쟁력(Competitive)이다. 타사 기술과 저렴한 라이센스로 운영할 수 있으며, 초기 하드웨어 설치 공간이 적고 필요한 경우 고가용성을 제공한다.

⑥ 구현의 용이성(Easy to deploy)이다. 자동화된 배관(pipeline)을 통해 구현이 용이하며, 안정적인 롤백 프로세스( roll-back processes)를 통해 사내 및 클라우드에서 모두 사용할 수 있다.

⑦유지보수 용이성(Easy to maintain)이다. 유지보수가 용이하며 효율적인 로깅(logging)을 통해 원격 및 중앙 집중식 모니터링이 가능하다.

⑧구현 용이성(Easy to implement)이다. 데이터베이스 및 비즈니스 로직(business logic)에 직접 액세스하여 시스템 손상을 방지할 수 있는 풍부하고 문서화된 API를 제공한다.

따라서 WWTP의 디지털 전환은 생산성과 효율성을 모두 높이면서 비용을 최소화하기 위해 수행해야 하는 핵심 프로세스이다. 이것은 인구 증가와 기후변화가 물 관리 분야에서 핵심적인 역할을 하는 현재와 같은 시기에 특히 관련이 있다.

[원문보기]

Digital transformation, key to improving operations in WWTPs
 

Integrating all data sources into a single environment is a fundamental step in the digital transformation of wastewater treatment plants to provide them with comprehensive control of all their processes, according to Idrica’s report “Digital transformation of WWTPs: key to a more sustainable future”.

The most advanced digital transformation uses data to create, train and feed predictive models, simulations, anomaly detection algorithms and decision-support systems.

The main objective of wastewater treatment plant (WWTP) management is to achieve the required standards of treated water quality at the lowest possible operating cost and with the minimum environmental impact. 

This challenge is particularly important in a context in which WWTP operators must be able to process and transform the immense amount of data from multiple and heterogeneous sources into real actions.

Against this background, the implementation of Information Management Systems (IMS) in WWTPs is the best way to capture, standardize and unify this data. Therefore, a single source of interlinked data is established to harness all the potential of the information actually available. This is outlined by the multinational Idrica in a recent report entitled “Digital transformation of WWTPs: key to a more sustainable future”.

These IMS become even more important in a context in which WWTPs are relentlessly pursuing digital transformation through the introduction of new technologies that give operators a more accurate understanding of their treatment processes through LIMS, CMMS and SCADA, complemented by state-of-the-art sensors. 

In particular, real-time data acquisition provided by the increasing deployment of sophisticated instrumentation is transforming the way infrastructures operate, enabling faster, better-informed decision-making.

Integrating sources into a single environment

New platforms must enable the next step in the digital transformation journey which is to integrate all these data sources into a single environment. 

This is crucial. According to Jacobo Illueca, a Wastewater Specialist at Idrica, “this enables the WWTP operator to comprehensively control all its processes through dashboarding, alert systems, data quality controls and real-time calculation of operational KPIs to monitor compliance with operational quality and financial objectives”. 

In addition, the expert pointed out that it is essential to have a single repository where all the data from the wastewater treatment plant is available, regardless of its type and source, “so as to move forward swiftly and deliver robust results”.

At a more advanced stage of digital transformation, this data is used to create, train and feed predictive models, simulations, anomaly detection algorithms and decision support systems. These all aim to improve plant operation in terms of quality, cost, environmental impact and transparency.

Stages prior to digital transformation

To ensure optimal digital transformation of WWTPs, Idrica recommends taking two initial steps in its report: preliminary consultancy work at the WWTP and the implementation of data management systems.

In the first consultancy step, a digital diagnosis of the WWTP is carried out by analyzing its starting point and establishing specific objectives adapted to the reality of the plant, in agreement with the operator. The result is a customized action plan to meet these objectives.

Secondly, the implementation of data management systems enables the integration of all WWTP data, standardizing it with advanced intelligence and presenting the most relevant system information to the user through a single holistic dashboard. 

Thanks to this system, “WWTP managers can monitor all plant operations from a single interface. In addition, this type of system can be used to create rules of all types to automate the treatment plant’s processes, creating alarms for each one,” stated the Idrica Wastewater Specialist, Jacobo Illueca.

Eight characteristics of the best WWTP technology

Not all technology is suitable for the digital transformation of WWTPs. It must comply with a series of characteristics to enable operators to develop the main use cases mentioned below. According to the report drawn up by Idrica, the technology must be:

- Adaptable ;  enabling integration with multiple user authentication systems (auth/login) and taking different data repositories into account.

- Flexible ;  enabling standard customizations and specific behaviors according to the established business processes.

- Scalable ; capable of responding as the number of users increases.

- Multi-environment ; enabling on-premise, private cloud and cloud-based (service-based) deployments.

- Competitive ; capable of operating with third-party technologies and affordable licenses, with a low initial hardware footprint, and high availability if required.

- Easy to deploy ; with automated pipelines, and available both on-premise and in the cloud, with reliable roll-back processes.

- Easy to maintain ; with efficient logging, enabling remote and centralized monitoring.  

- Easy to implement ; having rich and well-documented APIs, without direct access to the database and business logic to prevent damage to the system. 

The digital transformation of WWTPs is, therefore, a key process that must be carried out to minimize costs while increasing both productivity and efficiency. This is especially relevant at a time like the present, with population growth and climate change playing a key role in the field of water management.

[출처=이드리카(Idrica)(https://www.idrica.com/blog/digital-transformation-key-to-improving-operations-in-wwtps/) / 2023년 5월 9일]