[스페인] 이드리카, 2024년 위생 네트워크 관련 물기술 동향 발표

위생 하수 범람, 디지털 플랫폼 도입으로 하수 범람 예방하고 극단적 사건 대응 가능

하수 역학 기반, 디지털 전환으로 공중보건 시스템과 결합…감염 발병 방지 등 새로운 기회 열어

2024년 스마트 디지털 솔루션은 위생 시스템이 위생 하수 범람를 예방 및 선제하고 이에 대응할 수 있는 주요 기회를 열어주고, 하수 기반 역학을 스마트 시티 로드맵에 포함하는 등 새로운 용도로 활용할 수 있는 주요 기회를 열어준다. [사진제공(Photo Source) = Idrica]

위생 시스템(Sanitation Systems)은 전체 네트워크를 관리하므로 물순환의 또 다른 핵심 부분이다. 기술은 이러한 네트워크가 원활하게 운영되도록 보장하며, 극단적인 사건에 대응하고 질병의 확산을 통제하는 데 핵심적인 역할을 수행할 것이다.

위생 하수도 범람

대부분의 위생 하수 범람(SSO)은 시스템이 수집한 하수를 처리할 수 없을 정도로 극심한 강우가 발생할 경우 생긴다. 처리되지 않은 하수를 방류함으로써 지하수, 바다 및 해양을 오염시키고 부영양화와 병원균 증가를 일으키는 환경 문제를 야기한다.

이러한 문제를 막기 위해서는 위생 및 도시 네트워크의 주요 지점과 기상정보 요인을 실시간으로 모니터링해 사건을 예측할 수 있는 기술이 필수적이다. 이는 이른바 '조기 경보 시스템'으로 경보를 발생시켜 의사결정을 용이하게 하고, 현재 기후변화 상황에서 점점 더 빈번해지고 예측하기 어려워질 것으로 예상되는 이러한 에피소드에 대응하는 데 필요한 시간을 단축한다.

위생 하수 범람은 주로 지방(오늘날의 패스트푸드 음식으로 인해 악화된 현상)과 물티슈의 부적절한 폐기로 인해 발생하는 막힘의 결과로도 발생한다. 또한 결과적으로, 노후된 인프라로 인해 발생하는 침투와 하수구 파손으로 인해 범람이 발생하기도 한다. 침투는 원하지 않는 물이 네트워크로 유입돼 결과적으로 유압 용량이 손실되고 펌핑 및 처리 과정에서 에너지 비용을 증가시킨다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는 시스템을 모니터링함으로써 하수구의 침전물, 침투 및 막힘을 감지해야 한다.

따라서 센서는 성능을 모니터링하고 적절한 기능을 보장하는 데 필요한 모든 데이터를 수집하기 위해 위생 시스템 전체에 완벽하게 설치돼야 한다. 향후 1년간 유틸리티는 하수도 수위 및 수질 센터가 보내는 모든 데이터를 통합하고 분석하기 위해 디지털 플랫폼에 지속 의존할 것이며, 여기에는 하수처리장(Wastewater Treatment Plant, WWTP)의 주요 하수도, 펌프장 및 완화 지점(Relief Points)의 상태에 대한 정보도 포함될 것이다.

이를 통해 각 자산의 위험도를 기반으로 한 최적의 예방 유지 관리 계획을 수립하고 개선을 위한 세척 주기를 대체할 수 있다. 따라서 통합 시스템 및 데이터(이전 SSO, 최신 예방 및 대응 작업 지시, GIS 등)의 이력 및 실시간 정보와 위험 기반 통계 모델의 적용을 기반으로 최적의 세척 프로그램을 구성할 수 있다.

하수구, 자산, 맨홀의 센서 이상 감지는 범람 위험을 평가하는 역할을 할 것이므로 이러한 스마트 디지털 플랫폼이 극단적인 사건이 발생했을 때 대응하는 데에도 도움이 될 것이다. 또한 AI 알고리즘은 위생 하수 범람을 방지하는 데 필요한 센서의 최소 개수와 위치를 제공할 수 있다.

하수 기반 역학

위생 시스템의 또 다른 과제는 전염병 통제다. 인구 증가와 기후변화로 인해 새로운 감염이 발생했으며, 이전에 근절됐던 기타 질병이 다시 나타고 있다. 병원체의 확산을 모니터링하는 것은 이러한 상황을 예방 및 통제하고 인구를 보호하는 데 필수적이다.

하수 기반 역학(Wastewater-based epidemiology, WBE)은 전염병을 통제하기 위해 하수 분석에 기초한다. 하수 기반 역학은 위생 네트워크에서 생물학적 위협에 대한 샘플링 캠페인과 후속 실험실 분석을 통해 새로운 질병의 출현을 포괄적으로 모니터링하는 조기 경보 시스템으로 작용한다.

최근 '코로나19' 팬데믹으로, 유네스코와 세계경제포럼 등 글로벌 기구가 보여준 하수 기반 역학에 대한 관심이 높아지면서 이러한 예방 관행을 개선하는 데 있어 기술의 중요성이 커지고 있다. 일례로, 하수에서 특정 병원체의 유전물질을 검출하고 정량화할 수 있는 중합효소연쇄반응(PCR)과 같은 분자 기술이 있다.

올해에는 하수 기반 역학의 디지털 전환을 통해 공중 보건 시스템과의 통합도 가능해진다. 즉, 하수 데이터는 다른 역학 감시 시스템과 결합될 수 있다는 것이다. 이를 통해 지역사회와 국가 차원에서 공중 보건에 대한 보다 총체적인 시각을 갖게 될 것이다. 동시에 수집된 데이터를 분석하기 위한 고급 소프트웨어 및 알고리즘(인공 지능을 통해)을 사용해 추세를 파악하고 감염의 발병을 사전에 방지하는 데 도움이 될 것이다.

디지털 솔루션은 관련 위치에서의 샘플 스케줄링 및 모니터링, 실험실에서 얻은 결과 및 이러한 결과의 표시를 포함해 전체 프로세스를 단일 플랫폼에 중앙 집중화해 관련 당국의 의사 결정을 지원할 수 있다. 

이를 통해 ERP, SCADA, 임상실험실, GIS 및 타사 애플리케이션의 정보를 통합하는 고유한 데이터 모델이 생성된다. 이 데이터가 인구 통계, 병원 점유율 및 정부 통계와 더욱 결합되고 표준화된다면 이 모델은 바이러스 확산을 모니터링하고 보다 신속한 조치를 취하는데 유용한 정보를 제공할 수 있다. 따라서 포괄적인 디지털 플랫폼은 서로 다른 데이터 소스를 결합하고 전체적으로 분석해 결론을 도출해 보고서를 생성하고 필요한 경우 경고를 발행할 수 있을 것이다.

2024년에는 하수 기반 역학 기술이 발전해 항균제 내성을 추적하기 위해 항생제와 같은 다른 매개변수의 모니터링을 포함해 가까운 미래에 새로운 사용 사례를 제공할 것이다. 이는 새로운 오염물질의 발생으로 인해 하수에 널리 퍼져있다. WWTP에서 추가적인 사용 사례가 개발될 수 있다. 그들은 현재 유기물과 영양분 제거에 초점을 맞추고 있지만, 기술이 발전함에 따라 정교한 처리를 통해 이러한 유형의 새로운 오염물질도 제거할 수 있을 것이다.

요약하자면, 2024년 스마트 디지털 솔루션은 위생 시스템이 위생 하수 범람를 예방 및 선제하고 이에 대응할 수 있는 주요 기회를 열어주고, 하수 기반 역학을 스마트 시티 로드맵에 포함하는 등 새로운 용도로 활용할 수 있는 주요 기회를 열어준다.

이드리카의 2024년 물기술 동향 보고서는 위생 네트워크를 포함한 업계 동향의 포괄적인 목록을 제공한다.

[원문보기]

Water trends in sanitation networks for 2024: Technology to protect people

 

Sanitation systems are another core part of the water cycle as they manage the entire network from their source to their point of use or end-of-life disposal. Technology is also set to play a key role in these networks in 2024, not only to ensure that they run smoothly, but also to respond to extreme events and control the spread of disease.

Sanitary sewer overflows

Most sanitary sewer overflows (SSOs) occur during extreme rainfall events, when the system is unable to decant and treat all the water it collects. These discharges of untreated water bring environmental issues, causing water eutrophication, an increase in pathogens, as well as contaminating groundwater, seas and oceans. 

Technology that can predict events based on real-time monitoring of key points in sanitation and urban drainage networks, and also factors in meteorological information, is essential to prevent these problems from occurring. These are the so-called “early warning systems”, which facilitate decision-making by generating alarms, and reduce the time required to respond to these episodes, which are expected to become increasingly frequent and difficult to forecast in the current context of climate change. 

SSOs also occur as a consequence of clogging, mainly caused by fats (a phenomenon that has worsened due to today’s fast–food diets) and inappropriate disposal of wipes. In turn, infiltrations and broken sewers, caused by aging infrastructures, also lead to overflows. Infiltrations cause unwanted water to enter the network, with the consequent loss of hydraulic capacity and increased energy costs in the pumping and purification processes. The system must be monitored to detect sedimentation, infiltration and blockages in the sewers to prevent this phenomenon.  

Therefore, sensors need to be perfectly positioned throughout the sanitation system to collect all the data needed to monitor performance and ensure its proper functioning. Over the next year, utilities will continue to rely on digital platforms to integrate and analyze all the data sent by sewer level and quality sensors, which will also include information on the status of the WWTP’s main sewers, pumping stations and relief points. 

This will lead to optimal preventive maintenance plans based on the risk of each asset, replacing the remedial cleaning schedule. Thus, optimal cleaning programs can be put together based on historical and real-time information from integrated systems and data (previous SSOs, the latest preventive and reactive work orders, GIS, etc.), and the application of risk-based statistical models. 

These smart digital platforms will also help to take action in the case of an extreme event, as the detection of sensor anomalies in sewers, assets and manholes will serve to assess the overflow risk. In addition, AI algorithms can provide the location and minimum number of sensors needed to prevent SSOs.   

Wastewater-based epidemiology

Another challenge for sanitation systems is the control of infectious diseases. Population growth and climate change have brought new infections, and other previously eradicated diseases have now reappeared. Monitoring the spread of pathogens is essential to prevent and control these situations and protect the population. 

Wastewater-based epidemiology (WBE) is based on the analysis of wastewater to control infectious diseases. WBE acts as an early warning system to comprehensively monitor the emergence of new diseases via sampling campaigns and subsequent laboratory analysis of any biological threats in the sanitation network.  

In recent years, the growing interest in wastewater-based epidemiology shown by global organizations such as UNESCO and the World Economic Forum, as a result of the Covid-19 pandemic, has made technology a powerful ally in refining this preventive practice.  

Molecular technologies, such as the polymerase chain reaction (PCR), which can detect and quantify the genetic material of specific pathogens in wastewater, are an example of this.

In 2024, the digital transformation of WBE will also enable integration with public health systems, i.e., wastewater data can be combined with other epidemiological surveillance systems. This will bring a more holistic view of public health at community and national levels. At the same time, the use of advanced software and algorithms (via artificial intelligence) to analyze the collected data will help to identify trends and preempt outbreaks. 

Digital solutions can centralize the entire process on a single platform, including sample scheduling and monitoring at relevant locations, results obtained in the laboratory and the representation of these outcomes to assist the relevant authorities in their decision-making.

This creates a unique data model that brings together information from ERP, SCADA, clinical laboratories, GIS and third-party applications. If this data is further combined and standardized with demographics, hospital occupancy rates and government statistics, the model can provide valuable information to monitor the spread of viruses and act more quickly. An inclusive digital platform will therefore be able to combine different data sources, analyze them holistically and draw conclusions to generate reports and issue warnings if necessary. 

In 2024, WBE technology will progress, offering new use cases in the near future, including monitoring of other parameters, such as antibiotics, to track antimicrobial resistance. These are prevalent in wastewater, due to the occurrence of emerging contaminants. An additional use case can be developed in WWTPs. They are currently focused on the removal of organic matter and nutrients but, with technological advances, they will also be able to remove these types of emerging contaminants through sophisticated treatments. 

In short, in 2024, smart digital solutions open up major opportunities for sanitation systems to prevent and preempt SSOs and respond to them, and to put wastewater-based epidemiology to new uses, even including it in the smart cities roadmap. 

Idrica’s Water Technology Trends 2024 report provides a comprehensive list of trends for the industry, including sanitation network. 

[출처 = Idrica(https://www.idrica.com/blog/water-trends-in-sanitation-networks-2024/) / 2024년 3월 26일]