【CES 2019 台灣新創團隊】每池魚塭都該裝的水質監測器: 精準揪出水中有毒物質,養殖漁業不再只能靠天吃飯

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 26 日 14:35 | 分類 物聯網 , 環境科學 , 生物科技 follow us in feedly

養殖漁業是攸關民生、經濟的重要產業。然而,多數養殖戶仍是「靠天吃飯」,缺乏科學輔助,當遇到環境變化導致水中有毒物質濃度過高,往往就整池魚群暴斃。




「禾生科技(GINTEL TECHNOLOGY)」針對養殖漁業研發的水質監測器,結合探測、大數據分析技術,測得的參數量在世界上可說是數一數二多,再搭配 24 小時監測、連線回傳資料及雲端數據分析,還能預警可能發生的狀況,協助養殖戶即時解決水質問題,降低災損,更減少對魚群投放藥物的必要。

在先前亞洲開發銀行(Asian Development Bank,ADB)於越南舉辦的會議中,禾生科技受邀帶著水質監測器上台演講,隨即獲得越南養蝦大盤商的關注,買下 6 台水質監測器試用;歷經近半年的使用,日前該大盤商從越南飛來台灣,洽談逾千台的訂單。

▲ 太空與海洋工程專業的謝金原博士,在一次解決魚菜共生箱中有毒物質濃度過高問題時,開始有了運用自己過去所得數據開發水質監測器的想法。

小小魚菜共生箱,解決魚塭大問題

禾生科技創辦人兼執行長謝金原是太空與海洋工程博士,在大學擔任資訊科學院系教授,同時也是獲獎無數的創新發明家。在幾年前,教育部向謝金原求助解決魚菜共生箱有毒物質濃度過高的問題,開啟了水質監測器這段故事。

魚菜共生看似一個簡單的生態平衡循環箱,但實際上,魚和菜的數量隨時在變化,當菜沒辦法完全過濾糞便、剩餘飼料產生的有機質時,這些過剩的有機質就會在水裡產生化學反應形成毒素,造成環境毒物濃度過高,甚至導致魚和菜的死亡。

為了解魚菜共生箱水質狀況,謝金原需要精確的水質監測工具,但市面現有工具只能測得水中 PH值、溫度、鹽度、總溶解固體量、溶氧量等基本參數,根本無法透過這些數值,看出哪項毒素含量過高,推斷哪個環節出了問題。真正對養殖漁業水質監測有幫助的參數,是當糞便太多會造成的銨離子、亞硝酸濃度過高,還有像是常導致魚蝦死亡的弧菌數。

於是謝金原帶領團隊開發更實用的水質監測器,能夠檢測出超過 50 種養殖漁業需要的水質參數,除了上面提到的之外,還包含總細菌濃度、大腸桿菌、磷酸鹽、藍細菌、浮游植物、腐植酸、總氨氮濃度等。

瞭解水質的各項參數,找出正快速變化、超標的有毒物質,推斷其產生原因,就能藉由物理還原方式解決水質問題,降低有毒物質濃度,例如增加氧氣、調節水溫、汰換水體等;而非像過去在不清楚哪個環節出錯的狀況下,只能靠投放大量藥劑、抗生素,避免魚群在惡劣的水質狀況下死亡。

這台水質監測器分為攜帶型和固定型,若把固定型裝在漁塭裡,更能夠24小時全天即時監測,並透過連線回傳數據,雲端分析,針對濃度異常上升中的有毒物質,向養殖戶發出預警。

「養殖戶終於敢睡覺,不用再怕魚群突然暴斃。而當這個行業能夠賺錢、有前景,年輕人也會願意回來,就能進一步活化農村。」謝金原在完成水質監測器的開發後,腦中想到的畫面是養殖漁業的收入穩定,農村的活化,以及土地和自然的正向循環。

▲ 每種物質對各波段的反應不同,運用物質濃度高低差異使得回傳波段訊號強弱不同的原理,謝金原博士打造出可以即時檢測水質狀況的監控儀器。

從電磁波反射測得物質與訊號,大數據還原真相

禾生科技的水質監測器,又是如何獨步全球,檢測超過 50 種水質參數呢?

其基本原理是利用水中每種物質對電磁波的反應不同,藉以測量各項物質;而當物質濃度不同,反射回來的訊號強弱也會不同。因此透過一根放入水裡的探測棒,發射光波、微波、無線電等不同頻率的電磁波,再去接收反射回來的訊號,就能得出各種不同物質及其濃度。

至於哪項物質該用哪個頻率的電磁波測量,訊號跟濃度之間的關聯為何,這才是水質監測器核心的關鍵。要獲得這些數據,需仰賴一次又一次的實驗,以及持續的大數據分析校準。

而禾生科技擁有的數據除了靠自己研究,更多是來自全世界多所大學的實驗室。謝金原擔任兩個國際期刊的編輯委員,時常審論文的他,總能第一手看到最新研究,當他發現能夠應用的數據時,就會與該實驗室談使用授權,這也就是為什麼禾生科技的水質監測器能超越其他產品,檢測出如此多種參數。

謝金原感恩的說道,這項產品的貢獻應該是來自全世界專業實驗室,沒有他們的數據,基本上不太可能做出這樣的產品。

目前禾生科技的水質監測器乃針對養殖漁業所須監測的參數而開發,但同樣的原理,也可以應用在各類水質監測,像是飲用水水質監測、河川水質監測、農業灌溉用水水質監測、工業廢水監測等。

▲ 最初水質監測器發想主要以養殖漁業為主要的問題解決對象,在未來還可應用到飲用水水質監測、河水水質監測、農業灌溉用水水質監測以及工業廢水監測等。

赴美參加 CES 展,水質監測器要探進全球養殖漁業

禾生科技在水質監測器的創新研發,也讓它獲得教育部、經濟部、工研院的獎項及補助,總金額約達 300 萬元。不過謝金原更想籲請農委會協助台灣養殖漁業布廣泛設置這項產品,他以切身經驗,點出養殖漁業和新創產業的需求:

「近年來,氣候改變快速,惡劣天氣出現的頻率變高,生活中化學物質使用過量也造成水質隱憂,台灣養殖漁業已經不能像過去單純的靠經驗養魚;而時常面臨災損,養殖戶也愈來愈窮,窮到連投資購買新產品的錢都沒有,便會造成惡性循環。若不試著用科學方法監測水質參數,養殖漁業的困境只會更慘,在這樣的環境下,正是政府出面協助的時刻。」

另一方面,政府也應該協助新創企業完成概念驗證(Proof of Concept)階段。當新產品進入概念驗證,代表團隊已經實現他們的想法,產品已完成,然而要鋪到各個應用場景測試卻需要相當大的經費,這階段最需要政府的資源挹注,要不然等產品驗證完可以賣到市場,誰還需要政府幫忙?

而這次帶著這台水質監測器赴美國參加 CES 展,禾生科技希望能跟開發美國、歐盟、中南美洲的養殖漁業客戶,以及與水產有關的企業合作,讓水質監測器大量應用在不同養殖漁業的環境,大量測試,藉此再進一步修正數據,並透過線上更新,優化使用中的水質監測器。

▲ 目前透過台灣所蒐集到的數據,成功開發出可商用的水產養殖水質監測器,在未來希望可以與美國、歐洲及中南美洲的養殖業者合作,整合各區域的數據,開發出更符合各市場需求的水質監測器。

(圖片來源:科技新報。首圖圖說:執行長謝金原解釋如何將水質數據轉化成可商用的水質監測儀器。)