דרכי פעולה של פורקי חלבונים והשלבים ההתפתחותיים השונים שהם עברו עם השנים

כל חובב או מקצוען בתחום האקסלוסיבי של ממלכת המים המלוחים יגיד שפורק החלבונים הוא הפריט החשוב ביותר במערכת, במאמר זה נביא כמה עובדות מעניינות ונשפוך קצת אור על הנושא.
פעולת פורקי החלבונים התגלתה די במקרה כשבמפעלים לטיהור מי שפכים גילו כי אם מחדירים אוויר בזרם חזק למי שפכים למשך תקופה מסויימת, נוצרת הקצפה המכילה רכז אורגני שאם מסירים אותה, המים המתקבלים מכילים פחות חומרים אורגניים ולכן נקיים יותר. פעולה זו לא הפכה אותם למי שתיה, אבל בהחלט הקלה על תהליך הטיהור בכללותו.
ראשית, יש לתקן טעות נפוצה בלינגו של ענף האקווריומים: אין לומר מפרק חלבונים כי אם פורק חלבונים, מאחר והמכשיר פורק את המים מהחלבונים שבהם ואינו מפרק את החלבונים למרכיביהם.
כל פורקי החלבונים פועלים לפי אותה שיטה: רסס של בועות אוויר המוזרם בחוזקה לתוך קולונה של מים המוחלפים תדיר עם מי האקווריום. בכל סוג נוצר קצף, שבתורו, מתחיל את התהליך שבסופו נאגרים לכלוך ופסולת אורגנית וא-אורגנית בכוסית האיסוף של פורק החלבונים.
במשך השנים פותחו מאות סוגים של פורקי חלבונים שכולם פועלים על פי אותו העיקרון: הקצפה של מי אקווריום ואגירת הפסולת במיכל ייעודי. ההבדלים בין מוצר למשנה הוא בדרך ההקצפה, גודל תא התגובה (הגליל שבו מתבצעת פעולת הפרדתם של החלבונים ממי האקווריום), עוצמת זרם המים המזין אותו, עוצמת זרם האוויר הנשאב אליו, הדרך בה עוברת תערובת האוויר/מים בתהליך ההקצפה ועוד. ככלל, ככל שהמכשיר מייצר בועות רבות יותר, קטנות יותר ומזרים לתוכו יותר מים בתהליך – כך יפעל ביעילות רבה יותר. ישנם עוד גורמים אחרים המבדילים מוצר אחד ממשנהו אבל במאמר זה נתמקד בחלקים העיקריים.

כיצד פועל פורק חלבונים באקווריום?

בגלל אופיים של מים מלוחים, רסס אוויר במים ייצר יותר בועות ליחידת נפח מאשר במים מתוקים, כלומר יותר בועות קטנות. למעשה, במים מתוקים אפשרי לפרוק מים מהחלבונים שבהם על ידי פורק חלבונים רק על ידי שילוב לא הגיוני של מים עמוסים מאוד בחומרים אורגניים מצד אחד ומערך התזת אוויר חזק מאוד מצד שני. שילוב זה אינו אפשרי באקווריום ביתי ולכן היחידות הקיימות בשוק פועלות רק בסביבה של אקווריומי מים מלוחים.
עיקרון הפעולה די פשוט: פעולת ההקצפה יוצרת בסביבה קטנה מגע רב בין בועות אוויר קטנות ובין מי אקווריום המכילים פסולת שיש לפנות מהמערכת. ככל שבועות האוויר קטנות יותר, כך שטח הפנים של כלל הבועות גדול יותר, וככל ששטח הפנים של כלל הבועות גדול יותר, כך גדלה ה"מגנטיות" של הבועה. מולקולות החמצן שבאוויר מתחכחות עם המים ויוצרות מטען חשמלי חלש המסוגל להצמיד אליהן חלקיקים קטנים של חומרים. חומרים אלו יכולים להיות אורגניים או א-אורגניים. בועות האוויר ה"מצופות" בלכלוך שואפות להגיע לחלקו העליון של פורק החלבונים, שם הן מתפוצצות ומפקידות את הפסולת שהן אספו בחלק העליון של פורק החלבונים. אז מגיעות בועות נוספות שעושות בדיוק את אותו הדבר וכן הלאה. בגלל המשכיותה של פעולה זו, הלכלוך נאגר אט אט בחלקו העליון של המכשיר עד שהוא גולש ומגיע אל כוסית האיסוף, שם הלכלוך נאגר ומרוקן על ידי בעל האקווריום אחת לכמה ימים.
ישנן שתי גישות כלליות לנושא באקווריום: האחת גורסת שזמן שהות ארוך של הבועות בתא התגובה עדיף מכיוון שאז כל בועה מושכת אליה יותר לכלוך עד שהיא מגיעה למעלה, והשניה שגורסת כי ישנה עדיפות על מהירות: ככל שיותר בועות יזרמו דרך תא התגובה כך היעילות תהיה גבוהה יותר. אומנם לא יהיה מיצוי שלם של משיכת הלכלוך שהבועות יכלו לעשות אבל הכמות מפצה על זה ויותר. כלומר, יותר בועות במהירות גבוה יותר אבל פחות זמן בתא התגובה. שתי השיטות עובדות, האיזון בין משך השהות בתא התגובה לעומת כמות הבועות המגיעות לתא התגובה אחראי על ההבדלים בין פורק חלבונים אחד למשנהו.
מניסיוני הרחב בתחום, אני ממליץ על שילוב של שתי השיטות כאשר האחוזים נוטים לכיוון משך שהות ארוך יותר. למשל: פורק חלבונים המיוצר על ידי חברת DELTECH מדגם 600 APF, זהו מוצר יעיל מאוד המשלב משאבת סיכות שמושכת מים מהמתקן עצמו כאשר לפני המשאבה מצוי התקן הוונטורי. לפורק זה יש הזנה נפרדת: המשאבה המפרקת אינה אחראית על הזנת ההתקן, במקום זאת צריכה להיות הזנה חיצונית. במוצר זה, יש אפשרות לווסת את כמות המים הנכנסת לפורק, בדרך זו אפשר לשלוט במשך השהות של הבועות בתא התגובה.
לרוב אני נותן לפורק כ90% פתיחה בברז השולט על כמות האוויר הנכנסת למשאבה ומתחיל לווסת את זרם ההזנה עד שאני מגיע למצב בו יש קצף עשיר מצד אחד, אבל פורק החלבונים לא עולה על גדותיו ומוציא מים נקיים יחסית. אחרי כמה ניסיונות גם חובב שלא התעסק בפורקי חלבונים במשך למעלה מחמש שערה שנים יוכל לכוון אחד כראוי.
השאיפה היא להגיע למצב של "קצף יבש" זהו תוצר של הקצפה טובה ויעילה – יותר קצף ממים.
במקרים בהם יש צורך להוציא הרבה פסולת ומהר, כמו במצב בו באקווריום וותיק בו הותקן מסנן ביו-פלטס אשר מוריד רמות ניטראט ופוספאט המגביר באופן זמני את כמות הפסולת המכאנית/אורגנית, מומלץ לכוון את הפורק למצב של הקצפה רטובה. במצב זה השאיפה היא לזרימה חזקה דרך היחידה בו זמנית עם החדרת כמות גדולה ככל שניתן של אוויר. הבעיה היא שפעולה זו גורמת לגלישה של הפורק על גדותיו ולאיבוד מים מהמערכת. הפיתרון הוא ליצור זרימת אוויר מירבית ואז לכוון את כמות מפלס המים במכשיר. חשוב מאוד להבין שאם עכשיו סיימתם לכוון את ההתקן והכל נראה בסדר, אין זה אומר שהמצב יישאר כך בעוד כמה דקות. לכן במקרים כאלו אנו ממליצים להישאר ולצפות במשך כשעה (לא רצוף, אבל להיות ערים למתרחש) על מנת להימנע מאי נעימויות בצורת מים על הרצפה. בכל מקרה, הדבר הבטוח ביותר לעשות הוא ליצור עימנו קשר על מנת לקבל הסבר מעמיק יותר – ההסברים ניתנים לאל תשלום וברצון רב.

הפיתוחים שנעשו בתחום בשנים האחרונות בפורקי החלבונים

במהלך השנים, פורקי החלבונים עברו שינויים רבים עד שהגיעו למצב בו הם מצויים כיום, גם בימנו אנו, הם ממשיכים להשתפר כל הזמן.
בחרנו כאן כמה ציוני דרך במסע הארוך ליצירת המוצר המושלם – מסע שעדין לא הגיע אל קיצו.
1. הפורקים הראשונים שפותחו היו אלו שעשו שימוש באבן אוויר עשויה עץ (LIME TREE), הפיתרון היה אלגנטי ופשוט אבל לו כמה בעיות: העץ נרקב במהירות והיה צורך להחליפו לעיתים קרובות, הבועות לא היו שוות בגודלן והחשוב מכל – כדי שהמכשיר יעבוד כראוי היה צורך בתא תגובה בגובה של למעלה משני מטרים על מנת שמשך הזמן שהבועה באה במגע עם המים יהיה ממושך.
תמיד היה קיים המרדף אחר הבועה המושלמת – הזרקת האוויר למי האקווריום בצורה שתיצור בועות קטנות ככל שניתן ואחידות ככל שניתן, אם הבועות אחידות, קטנות וזהות בגודלן, אז פעולת משיכת הלכלוך של הבועות גברה.
אחד המרכיבים החשובים ביותר בפורק החלבונים הוא משך הזמן שבועת האוויר באה במגע עם מים בתא התגובה – זמן זה נקרא "משך השהות" של הבועה. ככל שמשך השהות ארוך יותר בתא התגובה, כך לבועה יהיה זמן רב יותר ליצור משיכה חזקה יותר ולמשוך אליה יותר לכלוך.
2. אחרי מחקר ופיתוח מרובים שעשו חברות שונות, ברובן גרמניות כמו TUNZE, פותח הדור הבא של המוצרים הללו. התוצאה היתה התמודדות עם בעיית זמן השהות הקצר ובמקביל קיצור אורכו הפיזי של פורק החלבונים. בסיס השיטה היה הזרמת מי אקווריום מעל למקור הבועות והחזרתם לאקווריום מתחתיו. כך, יצרו מצב שבו משך השהות יותר מהוכפל בגלל ניתוב הזרימה החדש. פיתוח זה הניב עשרות דגמים חדשים במשך זמן קצר יחסית כולם עבדו לפי אותו עיקרון בסיסי של זרימת מים נגד כיוון זרימת הבועות.
3. במרדף אחר מלכודת בועות טובה יותר ויעילה יותר, פיתחה חברה בשם MAZZEI פיתרון אלגנטי ויעיל. פיתוח זה עושה שימוש בוונטורי על מנת להזריק אוויר מועשר בבועות לתוך תא התגובה. כך גם מזינים את היחידה במים המלוכלכים וגם מרסקים את בועות האוויר הגדולות למליוני בועות קטנטנות. דגמים אלו של פורקי חלבונים לא עושים שימוש באבן אוויר על מנת לפצל את האוויר לבועות קטנות – אפקט הוונטורי עושה זאת עבורם.
בנוסף לזאת, שינו שוב את שיטת החדרת המים לתא התגובה – מאחר ועכשיו מדובר בתערובת אויר/מים, המים הוכנסו לתחתית תא התגובה הגלילי. בעשותם כך, יצאו אפקט סחרור בתוך פורק החלבונים והאריכו בהרבה את משך השהות של הבועה. בנוסף לכך גודל הבועה פחת. הפועל היוצא מכל זה הוא מוצרים שהיו יעילים עשרות מונים יותר מהדור הקודם. במשך שנים זו היתה השיטה הטובה בעולם ולמעשה עד היום ישנם כאלו שמתוכננים ומיוצרים על פי שיטה זו.
4. במקביל לשימוש בפורקי וונטורי, פותח זן כלאיים חדש  והתחיל בו שימוש: (ETS (Environmental Tower Skimmer. על פי שיטה זו, מי האקווריום המוזרקים עוברים העשרה באוויר ומוזרקים בכוח רב דרך צינור צר יחסית (50-65 מ"מ קוטרו). בצינור זה ממוקמים כמה עשרות בודדים של ביו בולס עשויים פלסטיק. אחרי שהמים מתרוצצים בצינורות הממולאים ביובולס, הם עוברים לתא הפרדה בו המים חוזרים לאקווריום לא לפני שהם "מפקידים" את הלכלוך בכוסית איסוף. שיטה זו יעילה מאוד אבל עושה שימוש בזרם מים מועשרים חזק במיוחד ומחדירה כמויות גדולות במיוחד של אוויר לפורק, מבחינת הפירוק אין בעיה, אבל שיטה זו גם יחסית רועשת ותמיד ישנן תלונות על קול גרירת אוויר שנשמע לעיתים כמו קול שעושה הניאגרה. בנוסף, בגלל שדרך פעולה זו מחייבת עבודה עם זרם מים חזק, לא מן הנמנע שיעברו כמה בועות חזרה לאקווריום ואם לא עושים שימוש במלכודת בועות, האקווריום יהיה מלא בבועות – זו אינה עכירות אבל זה פוגע בצלילות הכללית של האקווריום.
יתרונות השיטה ברורים: חמצון מצויין של מי האקווריום בשילוב עם עבודת פירוק חלבונים מצויינת – בעיקר בשימוש במערכות גדולות.
חסרונות השיטה: קול הפעולה לא מאפשר למקם פורק זה בתוך הבית אלא בחדר מכונות הממוקם מחוצה לו, אופן הפעולה מחייב להקדיש לפורק החלבונים משאבת מים חזקה או לוותר על חלק גדול משמעותי מזרימת המים של משאבה ראשית על מנת שההתקן יפעל כהלכה, המיכל עלול להתמלא בבועות אוויר קטנטנות אם לא ייעשה שימוש במלכודת יעילה.
בקיצור: שיטת פירוק מצויינת, לרוב לא בשימוש בגלל החסרונות המשמעותיים יחסית.
5. הדור הנוכחי של פורקי החלבונים משלב בתוכו את כל הפיתוחים ומוסיף שני רעיונות משלו. המוצר החדש עושה שימוש בוונטורי על מנת להכניס מים לתא התגובה, אבל עושה זאת דרך המשאבה: כלומר, הוונטורי נמצא לפני המשאבה שמכניסה מים לאקווריום. בדרך זו, המשאבה, לאחר שקיבלה מים מועשרים באוויר מהוונטורי, מוסיפה ומרסקת את הבועות לבועיות קטנות עוד יותר בגלל האימפלור שלה, רק אז המים המועשרים נכנסים לתא התגובה. השימוש בשיטה זו מתחיל את זמן השהות עוד לפני שמים הגיעו לתא התגובה ובכך מגדיל אותו משמעותית. יתרה מכך, בגלל הזרימה החזקה במיוחד בתוך המשאבה, למרות שמשך השהות של הבועות יחסית קצת בתוך המשאבה (כמה מאיות השנייה), הבועות צוברות מטען גדול יותר וכשהן יוצאות לתא התגובה כבר יש עליהן מעט לכלוך.

בנוסף, חברות הייצור, לאחר מחקר ופיתוח די ממושך, עשו שינוי באימפלור של המשאבה (החלק הנע בכל משאבה) ואת ששת הלהבים הרגילים החליפו בכמה עשרות. הדרכים לעשות זאת די מגוונות אבל התוצאה די זהה: הגדלת יכולת ריסוק המים של המשאבה באמצעות השינוי האמפלור שלה.
השילוב בין שני שינויים כביכול קטנים אלו (ונטורי לפני המשאבה ושינוי האמפלור) הפיקו את המוצרים של הדור הנוכחי: יחידות שעובדות עם מנוע סיכות, המוצרים היעילים ביותר שנמצאים בשוק לאקווריומים ביתיים.

לאן ימשיכו פורקי החלבונים להתפתח בעתיד?

בראשית שנות השמונים אמר מדען שנוי במחלוקת שהמציאו את כל ההמצאות וכל מה שיגלו מהיום ואילך הם שינויים קטנים ושיפורים של פטנטים קיימים. כמה שהוא טעה…
כמו בתחומים רבים, גם בתחום פורקי החלבונים נראה כאילו פיתחו והמציאו את כל שהיה ניתן בנושא.
עם זאת, בכל כמה חודשים נחשפת עובדה חדשה או מתגלה שיפור חדש למוצרים קיימים.
נראה כי את צעדי הענק שנעשו בתחום לא יהיה ניתן לשכפל מבחינת גודל השינוי שהם הביאו עימם, אך שינויים קטנים במבנה הפורק או בנתוני משאבות ההקצפה מגבירים באחוזים מסויימים את יעילות היחידות מול אלו שיוצרו לפני שנה למשל.
כמה דוגמאות לשינויים כאלו שמעלים במידה מסויימת את יעילות המוצר:
מעבר מתא תגובה בצורת גליל לאחר בצורת קונוס רחב בבסיסו וצר בחלקו העליון. שינוי זה משנה את ניתוב הזרימה הפנימי בתוך תא התגובה.
הצמדת ציר האימפלור לאימפלור עצמו בזמן שהמגע עם יחידת האימפםלור מסתכם בכחצי ס"מ בין הציר לגומיות. שיטה זו מפחיתה באופן משמעותי את החיכוך ומצמצמת את שטח החלקים שבאים במגע זה עם זה. השינוי תורם לכמות הסיבובים לדקה שמסוגל לעשות האימפלור ומקטין את הבלאי.
לסיכום, אין לדעת מה ימציאו בעתיד, מה שכנראה בטוח, שלא ימצא חידוש שישנה את פני מדע האקווריומים כמו שפורק החלבונים שינה כשפותח לראשונה.