水質自動監測之目的在於提供有效、即時且完整的水質特性資訊，以作為廢水自動控制及自動化之用。傳統之水質監測設備存在著設置經費較高、設備體積較大等缺點，因此不適用於未來大量設置之應用情境。
本文將從以下大綱，介紹工研院在水質感測技術上應用光學與電化學分析為開發基礎，設備最小化則以微型化感測技術為主，開發之微型化水質監測裝置。
‧線上監測裝置發展與應用現況
‧微型化水質監測裝置之介紹
1. 電化學重金屬離子感測元件
(1) 電化學分析原理
(2) 電化學感測平台設置
2. COD/SS光電感測元件
(1) 微型光電感測元件設計原理
(2) 多成分定性定量演算法原理
3. 酸鹼值、導電度與溫度微型化感測器開發
4. 小型化水質感測器系統
‧結果與討論
【內文精選】
線上監測裝置發展與應用現況
國內常使用的線上儀器多為歐洲與日本進口，其成本居高不下，一般業者、小型污水處理廠甚至未來大規模的流域佈建較無法負擔此費用，形成普及率不高的情況，因此一般仍維持傳統分析儀器檢測方法。另外由於傳統分析耗時且無法即時檢測化學需氧量(COD)、懸浮固體(SS)與重金屬，亦無法立即針對系統狀況做出即時反應與即時掌握水質變化，進而採取有效因應措施。
以線上即時重金屬分析而言，市售光學法與電化學法具有下述幾點限制，包含：①無法即時分析；②操作成本高；③現場安裝費用昂貴。目前COD與SS之檢測設備如需同時具備線上安裝與即時量測功能，大多需要仰賴進口商提供（例如S::CAN），但其安裝成本居高不下，且需搭配購買原廠水質資料庫，方可在較短時間內訓練完成；且其亦不能監測較複雜之水質，大都僅能放在放流口監測（即時但低濃度）。而傳統水質利用化學氧化法雖然可偵測較高之濃度，但是其需要加藥反應時間(1~2 hr)，並非真正即時量測，建置成本亦相當高，且需要大量的後續維護與加藥成本（可偵測高濃度但非即時）。
工研院朝「體積小」、「耐用」、「維護容易」及「低成本」等方向，開發可應用於大規模區域水質監測之即時線上水質監測技術。在技術開發原理部分以目前較新穎之技術為主，感測器開發包含電化學法與光學分析法等，設備最小化則以微流道技術為主。工研院所開發之感測器可適用的範圍與目前國際主流商品之比較如表一～表三所示。
表三、廣佈型水質感測裝置之比較
微型化水質監測裝置之介紹
4. 小型化水質感測器系統
目前開發之微型化水質檢測系統裝置，其系統裝置包含水質檢測微流體晶片、多個流體驅動與控制元件、離子強度調節劑(ISA)儲存筒、清洗液儲存筒、微控制器、量測資料儲存槽、藍牙無線通訊模組以及行動電源，並於實場可進行運作。微型化水質監測系統組成與運作流程如圖八所示。
圖八、微型化水質檢測系統外觀與運作流程
系統所採用之微流體晶片，係利用微型流道管線技術以及電化學檢測技術/光學偵測技術，整合水中pH值、電導度感測電極，以及電化學感測電極/光學偵測模組於一微流體晶片，使其成為一移動式分析系統。而微流體晶片包含水樣/清潔液注入區、水質物性（酸鹼值、電導度與溫度）檢測區，以及CODs光學檢測區與銅離子濃度檢測區，最後由廢液排出口排出。水樣透過與外殼設有相對應之流體管道與注入穿孔，經水樣/清潔液注入區的注入口注入流道，並流入水質物性檢測區進行......以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：朱振華、王儀婷、王榮豪、張冠甫、張王冠／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」380期，更多資料請見下方附檔。