Oi Lars,
Vou fazer alguns comentários “por partes”:
“Seria mais para monitorar os parâmetros relevantes para julgar sobre a qualidade da água potável.”
Se vamos falar de “potabilidade”, vamos usar como “ponto de partida” o que diz a legistação.
A PORTARIA Nº 2.914, DE 12 DE DEZEMBRO DE 2011 estabelecia os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade: Ministério da Saúde
Mas desde 2017 essa portaria foi combinada com outras e surgiu a Consolidação nº 5:
http://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/gm/2017/prc0005_03_10_2017.html
É um total de 91 parâmetros!
Microbiológico: Escherichia coli e Coliformes totais
Inorgânicos: 15 elementos (Arsênio, Chumbo, Cromo, Mercúrio, Fluoreto, Nitrato, Urânio …)
Orgânicos: 15 substâncias (Benzeno, Estireno, Pentaclorofenol, Tetracloreto de Carbono …)
Agrotóxicos: 27 substâncias (Aldrin, DDT, Glifosato, Permetrina …)
Desinfetantes e derivados: 7 substâncias (Bromato, Cloro residual, Trihalometanos …)
Cianotoxinas: 2 toxinas (Microcistinas …)
Radioatividade: 2 elementos (Rádio 226 e 228)
Organoléptico: 21 parâmetros (Amônia, Cloreto, Dureza, Ferro, Surfactantes, Cor, Turbidez …)
Meu objetivo não é desanimar, mas dar uma perspectiva mais realista da complexidade do tema “potabilidade”. Mas apesar da complexidade acho válido toda iniciativa para se envolver com o assunto e buscar alternativas.
“Gosto de beber diretamente do filtro de carvão ativo. Onde eu moro (na cidade SP), pelo gosto e cheiro da água parece tudo ok. Mas de qualquer maneira já faz um tempo que estou desconfiando da capacidade de filtrar substâncias maléficas tais como pesticidas ou metais pesados.”
A eficiência de um filtro “contendo” carvão ativo vai depender principalmente do “tempo de residência” (tempo de contato) da água com o carvão e do grau de saturação do carvão. E além disso o carvão ativo “não faz milagres”, ou seja, não remove qualquer tipo de substância presente da água. Ele é mais efetivo para a remoção de Cloro e compostos orgânicos. Mas não se espera que seja efetivo para compostos inorgânicos (Ex: íons metálicos)
Na seção SIMPA - Sistema Modular de Purificação de Água você vai encontrar informações sobre um sistema de purificação para uso residencial.
“O momento presente serve meramente como um bom momento para começar a se pensar nisso.”
No meu entendimento já estamos muito atrasados. Mas como eu gosto de dizer:
“Antes tarde, do que mais tarde”. 
"Seria legal criar um dispositivo que consegue compartilhar automaticamente os dados obtidos para publicá-los com data e local "
Você comentou inicialmente o interesse no uso de um Potenciostato, que é um instrumento que mede a corrente que atravessa uma célula eletroquímica, e que é diretamente proporcional à concentração do(s) reagente(s). O tipo de corrente gerada vai depender se a solução está em repouso ou em fluxo. Em condições de fluxo (voltametria hidrodinâmica) o que se mede é a corrente limite e em repouso (voltametria cíclica com a solução em repouso) o que se mede é o pico de corrente.
Pra quem quiser entender a teoria dos processos eletrolíticos: E.2. Eletrólise
E aqui eu estou documentando as minhas atividades de um Potenciostato: 14. Detecção de Parâmetro Químico (III) - Cloro por Voltametria
Já aviso que o projeto não está finalizado. É apenas o registro das atividades em andamento.
“No Brasil, a qualidade do ar talvez não seja a preocupação mais relevante, por isso, se, em vez disso, poderia-se avaliar a potabilidade da água (ou mostrar que há um problema com a qualidade em algum lugar), seria bem legal.”
Concordo! Acredito ser mais factível um sistema de “alerta”, ou como você disse, “mostrar que há um problema com a qualidade em algum lugar”. Sem querer identificar “qual o tipo de problema especificamente”.
“Provavelmente eu esteja viajando. Este post serve justamente para juntar ideias e avaliar a viabilidade de possíveis soluções.”
Se não botar o “pé na estrada” não vamos sair do lugar (comum).
Na minha perspectivo, acho mais promissor pensar em uma abordagem “multivariada”. Ou seja, é muito difícil extrair informações úteis de apenas uma técnica instrumental (eletroquímica, fotométrica, cromatográfica etc).
Mas quando se combina o resultado de diferentes técnicas com uma análise estatística multivariada, temos a “possibilidade” de conseguir “extrair informações úteis” de um conjunto de dados.
Em Química essas técnicas são agrupadas no que se costuma chamar de Quimiometria. Mas é basicamente a aplicação de algumas técnicas de Machine Learning muito em voga atualmente.
Organizei alguns tutoriais sobre alguns métodos multivariados aplicados à Química Analítica:
http://www.c2o.pro.br/hackaguas/apv.html
http://www.c2o.pro.br/hackaguas/apw.html
http://www.c2o.pro.br/hackaguas/apx.html
Por exemplo combinar medidas eletroquímicas (Ex: de um potenciostato, com o condutivímetro que a Marina comentou) com medidas fotométricas, pode ser um caminho para gerar datasets multivariados com maior “conteúdo informacional”.
Por favor, fale um pouco sobre a sua área de atuação: computação, eletrônica, jornalismo, ufologia …
Por enquanto é isso.
Um Abraço,
Markos
(Aliás, como está indo o trabalho com o OpenFlexure? Falei um pouco com Julian e estou pensando em adquirir um OpenFlexure também, assim que eu tiver mais tempo livre e acesso a uma impressora 3D adequada. 
)