정수장은 강이나 댐에서 끌어온 원수를 침전·여과·소독 등의 과정을 거쳐 우리가 매일 마시고 사용하는 수돗물로 바꾸는 핵심 시설이다. 취수장이 물을 확보하는 출발점이라면, 정수장은 각 가정의 수도꼭지까지 이어진 물의 안전을 책임지는 물 관리의 ‘심장’과 같다. 이곳에서 수질 변화에 얼마나 신속하고 정확하게 대응하느냐에 따라 시민이 마시는 물의 안전성이 좌우된다.
1월 말 찾은 화성정수장에서는 이러한 과정을 담당하는 정수 공정이 쉼 없이 돌아가고 있었다. 강과 댐에서 물을 끌어오는 ‘취수’ 단계부터, 미세 불순물을 뭉치게 하는 ‘응집’, 이를 가라앉히는 ‘침전’, 남은 불순물을 걸러내는 ‘여과’, 세균과 바이러스를 제거하는 ‘소독’, 그리고 정수된 물을 각 가정과 학교·병원·공장으로 보내는 ‘송수’까지 전 공정이 끊김 없이 이어졌다.
정수장 내 각 공정에서는 귀가 울릴 듯한 물 소리가 공간을 가득 채웠다. 대형 펌프와 제어 장비도 쉼 없이 돌아가고 있었다. 그러나 정작 공정을 관리하는 사람은 좀처럼 눈에 띄지 않았다. 화성정수장은 정수처리 전 과정을 인공지능(AI)이 통합 관리하는 ‘스마트 팩토리형 정수장’이기 때문이다. 24시간 정수장을 가동하지만 실제 근무인원은 25명 안팎이다.
화성정수장 각 공정에는 수질과 유량, 수위 변화를 감지하는 센서가 촘촘히 설치돼 있다. AI는 이 센서들이 보내는 데이터를 실시간으로 분석해 물의 상태에 맞춰 응집제(물속의 미세입자를 뭉치게 해 침전·여과가 가능하도록 하는 약품)와 보조제 투입량, 공정 운전 조건을 자동으로 조정한다. 제어실 모니터에는 정수 공정별 상태가 그래프와 수치로 실시간 표시되고 있었고 한 공정에서 변화가 생기면 곧바로 전체 과정에 반영됐다. 이러한 AI 기반 정수장 기술은 2020년부터 한국수자원공사가 기후에너지환경부와 함께 추진해 온 스마트 물관리 사업의 핵심 성과다. 해당 사례로 2023년에는 물관리 시설이자 공공 물서비스 분야에서는 세계 최초로 세계경제포럼(WEF) ‘글로벌 등대’에 한국수자원공사가 선정됐다.
수질부터 근로자 안전까지 확실하게!
AI 정수장이 꼭 필요한 이유는 무엇일까. 화성정수장 전기통신과 구동규 차장은 워터리스크(Water-risk)를 꼽았다. 기후변화로 집중호우와 가뭄이 반복되고 녹조 등 수질 변동성이 커지면서 정수 공정은 이전보다 훨씬 빠르고 정밀한 대응이 필요하다. 원수의 상태가 시간 단위로 달라지는 상황에서 AI 정수장이 워터리스크에 가장 효과적으로 대응할 수 있는 해법이라는 것이 구 차장의 말이다.
AI 정수장이 워터리스크 대응에 탁월한 이유는 운영 방식에 있다. AI 정수장은 ▲자율운영 기술을 포함해 ▲에너지관리 ▲예지보전 ▲영상안전 등 네 가지 중점 기술을 중심으로 가동되는데 이 과정에서 운영 효율성이 높아지는 것은 물론 에너지 절감 효과도 기대할 수 있다. 성과도 뚜렷하다. 2023년 세계경제포럼(WEF)이 발표한 보고서에 따르면 화성정수장은 AI 도입 이후 인력 운영 효율이 42% 개선됐고 정수처리 약품비는 19%, 전력 소비량은 10% 절감한 것으로 나타났다.
주요 기술을 살펴보면 먼저 에너지관리 기술은 시간대별 물 사용량을 예측하고 실시간 전력 소비 데이터를 분석하는 데 초점을 맞춘다. 이를 통해 정수장 설비 가동에 필요한 가압펌프의 적정 용량을 산출해 불필요한 전력 사용을 줄이고 에너지 효율을 높인다. 예지보전 기술은 정수장 주요 설비에서 수집되는 데이터를 지속적으로 분석해 고장이나 이상징후를 사전에 파악하고 이를 바탕으로 예방정비 시점을 판단하도록 지원한다. 영상안전 기술은 기존 감시센서에 AI 기반 영상 분석과 CCTV 자동추적 기능을 결합한 시스템으로 화재와 누수·감전 등 위험 상황을 신속히 인식해 정수장 내 근로자 안전을 확보하는 역할을 한다.
올해부터는 화성정수장 내 사고 위험도가 높은 구간에 사족보행 로봇도 투입된다. 복잡한 설비와 위험한 지하 공간이 많은 정수장 환경에서 로봇은 자율주행과 특정 구역 순찰을 수행하며 누수와 화재 등 시설 상태를 데이터로 수집한다. 축적된 정보는 정수장 시설관리 시스템과 연계해 진단·점검 체계를 구축하는 데 활용된다. 구 차장은 ”사족보행 로봇을 기반으로 향후 센서, AI, 로봇이 유기적으로 결합한 상수도 분야의 피지컬 AI(Physical AI) 선도 모델로 발전할 수 있을 것“이라 말했다.
AI 정수장 표준기술 제시 ‘눈앞’
아직 AI 정수장이 완전한 자율운영 체계에 도달한 단계는 아니다. 우리나라에서는 AI 도입 수준에 따라 정수장을 3단계로 구분해 고도화 작업을 추진하고 있다. 1단계인 ‘초기 자율운영 단계’에서는 평상시 근무자와 AI가 함께 정수 공정을 운영하고 이상 상황 발생 시에는 근무자가 직접 대응한다. 2단계인 ‘고도 자율운영 단계’로 넘어가면 설비 장애나 수질 변화와 같은 이상 상황에도 AI와 근무자가 공동 대응한다. 3단계인 ‘완전 자율운영 단계’에서는 AI가 대부분의 정수 공정을 자율적으로 수행하고 근무자는 대화형 AI 시스템을 통해 전체 운영을 관리·감독하는 역할을 맡는다.
현재 우리나라는 화성정수장을 포함한 모든 광역 정수장에 AI 정수장 1단계 체계를 구축했다. 정부는 2028년까지 2단계, 2030년까지 3단계 구축을 목표로 단계적 확대를 추진하고 있다. 아울러 광역 정수장뿐만 아니라 지방 정수장에도 AI 도입을 확산시키기 위해 지자체와 협력해 선도사업 대상을 발굴하고 재정 및 기술적 지원 방안도 마련해 나갈 예정이다.
우리나라의 AI 정수장 기술 수준은 국제적으로도 높은 평가를 받고 있다. 운영 기술은 2025년 6월 ISO(국제표준화기구)에서 국제표준 제정을 위한 작업초안(Working Draft)으로 공식 승인됐다. 일반적으로 새로운 기술이 ISO 국제표준으로 채택되기까지는 기술문서 검토, 회원국 투표 등 까다로운 절차를 거쳐 3년 이상이 소요된다. 한국수자원공사는 2024년 11월 신규과제 제안을 승인받은 지 불과 7개월 만에 ISO 기술위원회 TC224(물공급 및 하수처리 서비스) 전문가들의 만장일치로 작업초안 승인을 이끌어냈다.
2026년 1월에는 ISO 상하수도 서비스 기술위원회에서 ‘AI 기반 상수도 관리 가이드라인’ 위원회안(CD)도 승인되며 현재 최종 단계인 질의단계(DIS)에 진입했고, 2027년 국제표준 최종 제정이 이뤄질 전망이다.
백재호 기자