Liiketoimintamahdollisuudet Suomen vesihuollossa

Työn tavoitteena on tutkia yksityisen sektorin liiketoimintamahdollisuuksia kunnallisessa vesihuoltotoiminnassa. Ensimmäiseksi käsitellään yksityistämistä ja ulkoistamista ja näiden kautta toimintamallivaihtoehtoja kehitettäessä liiketoimintaa vesihuoltosektorille. Toisena analysoidaan vesihuoltoa Suomessa ja maailmalla. Muista maista saadaan esimerkkejä eri toimintamalleista ja alan suuryrityksistä. Kun taas käsittelemällä suomalaisen vesihuollon historiaa ja nykytilaa sekä prosesseja, saadaan kuva vesihuollon järjestämisestä Suomessa sekä käynnissä olevista muutoksista. Kolmantena käsitellään vaatimuksia, mm. lainsäädäntöä, joita yksityinen yrityskin joutuu kohtaamaan pyrkiessään vesihuoltotoimintaan mukaan. Työssä on pohdittu markkinoiden mahdollisuuksia ympäristöanalyysin kautta, jossa käsitellään ympäristöön vaikuttavia tekijöitä poliittiselta, taloudelliselta, sosiaaliselta ja teknologiselta kannalta. Näin nähdään tärkeimmät trendit, mahdollisuudet ja uhat, jotka ovat odotettavissa markkinoilla. Ympäristöanalyysi kokoaa yhteen työssä käsiteltyjen aiheiden, kunta- ja palvelurakenneuudistuksesta yksityistämiseen, vaikutuksen yksityisen sektorin liiketoimintamahdollisuuksiin vesihuollossa. Lopuksi annetaan konkreettinen ehdotus toimintamahdollisuudesta myös ympäristöanalyysiin pohjautuen. Potentiaalia sektorissa nähdään, mm. koska vesihuoltosektorilla tapahtuu paljon muutoksia, investointeja on lisättävä ja henkilöstö ikääntyy.

Excessive functions, Appell polynomials and optimal stopping

The main topic of the thesis is optimal stopping. This is treated in two research articles. In the first article we introduce a new approach to optimal stopping of general strong Markov processes. The approach is based on the representation of excessive functions as expected suprema. We present a variety of examples, in particular, the Novikov-Shiryaev problem for Lévy processes. In the second article on optimal stopping we focus on differentiability of excessive functions of diffusions and apply these results to study the validity of the principle of smooth fit. As an example we discuss optimal stopping of sticky Brownian motion. The third research article offers a survey like discussion on Appell polynomials. The crucial role of Appell polynomials in optimal stopping of Lévy processes was noticed by Novikov and Shiryaev. They described the optimal rule in a large class of problems via these polynomials. We exploit the probabilistic approach to Appell polynomials and show that many classical results are obtained with ease in this framework. In the fourth article we derive a new relationship between the generalized Bernoulli polynomials and the generalized Euler polynomials.

Valtionmuodostus 1500-luvun Puola-Liettuassa

Kirjallisuusarvostelu

Adaptive Markov chain Monte Carlo and Bayesian filtering for state space models

This thesis is concerned with the state and parameter estimation in state space models. The estimation of states and parameters is an important task when mathematical modeling is applied to many different application areas such as the global positioning systems, target tracking, navigation, brain imaging, spread of infectious diseases, biological processes, telecommunications, audio signal processing, stochastic optimal control, machine learning, and physical systems. In Bayesian settings, the estimation of states or parameters amounts to computation of the posterior probability density function. Except for a very restricted number of models, it is impossible to compute this density function in a closed form. Hence, we need approximation methods. A state estimation problem involves estimating the states (latent variables) that are not directly observed in the output of the system. In this thesis, we use the Kalman filter, extended Kalman filter, Gauss–Hermite filters, and particle filters to estimate the states based on available measurements. Among these filters, particle filters are numerical methods for approximating the filtering distributions of non-linear non-Gaussian state space models via Monte Carlo. The performance of a particle filter heavily depends on the chosen importance distribution. For instance, inappropriate choice of the importance distribution can lead to the failure of convergence of the particle filter algorithm. In this thesis, we analyze the theoretical Lᵖ particle filter convergence with general importance distributions, where p ≥2 is an integer. A parameter estimation problem is considered with inferring the model parameters from measurements. For high-dimensional complex models, estimation of parameters can be done by Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods. In its operation, the MCMC method requires the unnormalized posterior distribution of the parameters and a proposal distribution. In this thesis, we show how the posterior density function of the parameters of a state space model can be computed by filtering based methods, where the states are integrated out. This type of computation is then applied to estimate parameters of stochastic differential equations. Furthermore, we compute the partial derivatives of the log-posterior density function and use the hybrid Monte Carlo and scaled conjugate gradient methods to infer the parameters of stochastic differential equations. The computational efficiency of MCMC methods is highly depend on the chosen proposal distribution. A commonly used proposal distribution is Gaussian. In this kind of proposal, the covariance matrix must be well tuned. To tune it, adaptive MCMC methods can be used. In this thesis, we propose a new way of updating the covariance matrix using the variational Bayesian adaptive Kalman filter algorithm.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Patterns and processes of littoral zooplankton composition in relation to the trophic state of the environment

Avhandlingen handlar om hur kompositionen hos litoralt djurplankton varierar med omgivningens trofiska nivå (m.a.o. eutrofieringsgrad). Arbetets inledande mål är att beskriva hur mängden och artmångfalden hos djurplankton i strandnära vattnen och de omgivande organismsamhällen ändras med närsaltshalter. Huvudsyftet är att utreda allmänna mekanismer som styr dessa mönster och som på så sätt kan vara viktiga i att reglera samhällen även i andra ekologiska system. Undersökningarna gjordes i åländska flador över flera tillväxtsäsonger samt i laboratorier där omgivningsförhållanden i fladorna kunde simuleras och manipuleras. Djurplankton i dessa lagunlika vikar är lägliga modellsystem. Flador är lämpligt avgränsade från det omgivande havet och förekommer allmänt i norra Östersjöregionen. Således kan de inom ett litet område som Åland representera hela regionala gradienten från näringsfattiga till näringsrika förhållanden. De små kräft- och hjuldjuren som djurplankton består av befinner sig i mitten av näringsväven. De sammankopplar olika typer av mikrobiell produktion vidare till högre konsumenter och är på så sätt centrala för organismsamhällens struktur och funktion i nästan alla akvatiska miljöer. I likhet med primärproducenterna (d.v.s. växter och alger som direkt påverkas av närsaltshalterna, och som bl.a. utgör föda och habitat för djurplankton) samvarierar kompositionen hos djurplankton tydligt med omgivningens trofiska nivå tills den blir hög. Sedan börjar hela samhällskompositionen utveckla sig åt två skilda håll. Dessa mönster kan för djurplanktonets del förklaras med att dess komposition ingalunda styrs endast av primärproducenterna, utan av ett komplicerat samspel mellan dessa resurser samt konkurrerande och högre konsumenter (d.v.s. predatorer på flera högre trofinivåer). Detta kom fram speciellt i laboratorieförhållanden då kompositionen hos dessa samhällskomponenter manipulerades. Både deras sammansättning och relativa tätheter i sig, samt en kombination av båda visade sig styra djurplanktonkompositionen. Lokala processer (inom fladorna) och synnerligen förändringar hos olika fundament- (speciellt vass, borstnate och rödsträfse), kärn- (speciellt yngel av a bborre och mört) och nyckelarter (stora predatorer som gädda) verkar kunna avgöra till vilken grad djurplanktonkompositionen samvarierar med omgivningens trofiska nivå. Inte bara samhällen utan också de mekanismer som styr dem ändras med omgivningens trofiska nivå. Flador är ypperliga naturliga laboratorier för att studera dessa och även andra allmänekologiska mönster och mekanismer. De är också oerhört viktiga miljöer för hela kustregionens natur.

Advanced analysis and design methods for preparative chromatographic separation processes

Preparative liquid chromatography is one of the most selective separation techniques in the fine chemical, pharmaceutical, and food industries. Several process concepts have been developed and applied for improving the performance of classical batch chromatography. The most powerful approaches include various single-column recycling schemes, counter-current and cross-current multi-column setups, and hybrid processes where chromatography is coupled with other unit operations such as crystallization, chemical reactor, and/or solvent removal unit. To fully utilize the potential of stand-alone and integrated chromatographic processes, efficient methods for selecting the best process alternative as well as optimal operating conditions are needed. In this thesis, a unified method is developed for analysis and design of the following singlecolumn fixed bed processes and corresponding cross-current schemes: (1) batch chromatography, (2) batch chromatography with an integrated solvent removal unit, (3) mixed-recycle steady state recycling chromatography (SSR), and (4) mixed-recycle steady state recycling chromatography with solvent removal from fresh feed, recycle fraction, or column feed (SSR–SR). The method is based on the equilibrium theory of chromatography with an assumption of negligible mass transfer resistance and axial dispersion. The design criteria are given in general, dimensionless form that is formally analogous to that applied widely in the so called triangle theory of counter-current multi-column chromatography. Analytical design equations are derived for binary systems that follow competitive Langmuir adsorption isotherm model. For this purpose, the existing analytic solution of the ideal model of chromatography for binary Langmuir mixtures is completed by deriving missing explicit equations for the height and location of the pure first component shock in the case of a small feed pulse. It is thus shown that the entire chromatographic cycle at the column outlet can be expressed in closed-form. The developed design method allows predicting the feasible range of operating parameters that lead to desired product purities. It can be applied for the calculation of first estimates of optimal operating conditions, the analysis of process robustness, and the early-stage evaluation of different process alternatives. The design method is utilized to analyse the possibility to enhance the performance of conventional SSR chromatography by integrating it with a solvent removal unit. It is shown that the amount of fresh feed processed during a chromatographic cycle and thus the productivity of SSR process can be improved by removing solvent. The maximum solvent removal capacity depends on the location of the solvent removal unit and the physical solvent removal constraints, such as solubility, viscosity, and/or osmotic pressure limits. Usually, the most flexible option is to remove solvent from the column feed. Applicability of the equilibrium design for real, non-ideal separation problems is evaluated by means of numerical simulations. Due to assumption of infinite column efficiency, the developed design method is most applicable for high performance systems where thermodynamic effects are predominant, while significant deviations are observed under highly non-ideal conditions. The findings based on the equilibrium theory are applied to develop a shortcut approach for the design of chromatographic separation processes under strongly non-ideal conditions with significant dispersive effects. The method is based on a simple procedure applied to a single conventional chromatogram. Applicability of the approach for the design of batch and counter-current simulated moving bed processes is evaluated with case studies. It is shown that the shortcut approach works the better the higher the column efficiency and the lower the purity constraints are.

In search of the interrelatedness of innovation and internationalisation processes in entrepreneurial life science companies

This study is motivated by the question how resource scarce innovative entrepreneurial companies seek and leverage global resources. This study takes a resource-seeking perspective a step forward and suggests that resources that enable the entrepreneurial internationalisation are largely accrued from the early stages of entrepreneurial life; that is from the innovation development. Consequently, this study seeks to explain how innovation and internationalisation processes are interrelated in the entrepreneurial internationalisation. This main objective is approached through three research questions, (1) What role do inter-organisational relationships in innovation have in the entrepreneurial internationalisation process? (2) What kind of inward–outward links do inter-organisational relationships create in the resource-seeking-based entrepreneurial internationalisation process? (3) What kind of capability to collaborate forms in the interaction of inter-organisational relationship deployment? The research design is a mixed methods design that consists of quantitative pilot study and qualitative multiple case study of five entrepreneurial life science companies from Finland and Austria. The findings show that innovation and internationalisation processes are tightly interwoven in pre-internationalisation state. The findings also reveal that the more experienced companies are able to take advantage of complexcross-border inter-organisational relationship structures better than the starting companies. However, very minor evidence was found on inward links translating into outward links in the entrepreneurial internationalisation process, despite the expectation to observe more of these links in the data. Combined intangible-tangible resource-seeking was the most preferred to build links between inward–outward internationalisation but also to develop competence to collaborate. By adopting a resource- instead of market-seeking approach, this study illustrated that internationalisation extends to early stages of innovative companies, and that in high-technology companies’ potentially significant cross-border relationships have started to form long before incorporation. Therefore, these observations justified the firmer inclusion of pre-company history in innovative entrepreneurship studies. The study offers a conceptualisation of entrepreneurial internationalisation that is perceived as a process. The main theoretical contributions are in the areas of international entrepreneurship and in the behavioural process studies of entrepreneurial internationalisation and resource-based internationalisation. The inclusion of the innovation-based discussion, namely the innovation process, in the internationalisation process theories has clearly contributed to the understanding of entrepreneurial internationalisation in the context of international entrepreneurship. Innovation development is a central act of entrepreneurial companies, and neglecting innovation process investigation from entrepreneurial internationalisation leaves potentially influential mechanisms unexplored.