Exhaled breath condensate as a matrix for combustion-based nanoparticle exposure and health effect evaluation

Health assessment and medical surveillance of workers exposed to combustion nanoparticles are challenging. The aim was to evaluate the feasibility of using exhaled breath condensate (EBC) from healthy volunteers for (1) assessing the lung deposited dose of combustion nanoparticles and (2) determining the resulting oxidative stress by measuring hydrogen peroxide (H2O2) and malondialdehyde (MDA). Methods: Fifteen healthy nonsmoker volunteers were exposed to three different levels of sidestream cigarette smoke under controlled conditions. EBC was repeatedly collected before, during, and 1 and 2 hr after exposure. Exposure variables were measured by direct reading instruments and by active sampling. The different EBC samples were analyzed for particle number concentration (light-scattering-based method) and for selected compounds considered oxidative stress markers. Results: Subjects were exposed to an average airborne concentration up to 4.3×10(5) particles/cm(3) (average geometric size ∼60-80 nm). Up to 10×10(8) particles/mL could be measured in the collected EBC with a broad size distribution (50(th) percentile ∼160 nm), but these biological concentrations were not related to the exposure level of cigarette smoke particles. Although H2O2 and MDA concentrations in EBC increased during exposure, only H2O2 showed a transient normalization 1 hr after exposure and increased afterward. In contrast, MDA levels stayed elevated during the 2 hr post exposure. Conclusions: The use of diffusion light scattering for particle counting proved to be sufficiently sensitive to detect objects in EBC, but lacked the specificity for carbonaceous tobacco smoke particles. Our results suggest two phases of oxidation markers in EBC: first, the initial deposition of particles and gases in the lung lining liquid, and later the start of oxidative stress with associated cell membrane damage. Future studies should extend the follow-up time and should remove gases or particles from the air to allow differentiation between the different sources of H2O2 and MDA.

Elephant grass genotypes for bioenergy production by direct biomass combustion

The objective of this work was to evaluate elephant grass (Pennisetum purpureum Schum.) genotypes for bioenergy production by direct biomass combustion. Five elephant grass genotypes grown in two different soil types, both of low fertility, were evaluated. The experiment was carried out at Embrapa Agrobiologia field station in Seropédica, RJ, Brazil. The design was in randomized complete blocks, with split plots and four replicates. The genotypes studied were Cameroon, Bag 02, Gramafante, Roxo and CNPGL F06-3. Evaluations were made for biomass production, total biomass nitrogen, biomass nitrogen from biological fixation, carbon/nitrogen and stem/leaf ratios, and contents of fiber, lignin, cellulose and ash. The dry matter yields ranged from 45 to 67 Mg ha-1. Genotype Roxo had the lowest yield and genotypes Bag 02 and Cameroon had the highest ones. The biomass nitrogen accumulation varied from 240 to 343 kg ha-1. The plant nitrogen from biological fixation was 51% in average. The carbon/nitrogen and stem/leaf ratios and the contents of fiber, lignin, cellulose and ash did not vary among the genotypes. The five genotypes are suitable for energy production through combustion.

Iontophoresis: from the lab to the bed side.

Pioneer work on iontophoresis undertaken by David Maurice during the 1970s and 1980s laid the initial groundwork for its potential implementation as a promising ocular therapeutic modality. A better understanding of tissue interactions within the eye during electric current application, along with better designs of drug delivery devices have enabled us to pursue David Maurice's original ideas and take them from the bench to the bed side. In the present study we demonstrate the potential application of an iontophoresis device (Eyegate, Optis, France) for the treatment of certain human eye diseases. Seventeen patients received a penetrating keratoplasty (PKP) at various intervals before presentation with active graft rejection in our clinic and were treated using this iontophoresis device. Methylprednisolone sodium succinate (MP) 62.5 mg/ml was infused within the Eyegate ocular probe container and an electrical current of 1.5 mA was delivered for 4 min with the negative pole connected to the ocular probe. Patients were treated on an ambulatory basis and received a standard course of three iontophoresis applications given once a day over 3 consecutive days. After treatment, 15 of the 17 treated eyes (88%) demonstrated a complete reversal of the rejection processes. In two eyes, only a partial and temporary improvement was observed. The mean best corrected visual acuity of all 17 patients during the last follow up visit was 0.37 +/- 0.2 compared to 0.06 +/- 0.05 before initiation of the iontophoresis treatment. The mean follow-up time was 13.7 months with a range of 5-29 months for the 17 patients. No significant side-effects associated with the iontophoresis treatment were observed. Thus, for the management of active corneal graft rejection, iontophoresis of MP can be an alternative to very frequent instillations of eye drops, or to pulsed intravenous therapy of corticosteroids.

Can the impact of bed closure in intensive care units be reliably monitored?

OBJECTIVE: To assess the properties of various indicators aimed at monitoring the impact on the activity and patient outcome of a bed closure in a surgical intensive care unit (ICU). DESIGN: Comparison before and after the intervention. SETTING: A surgical ICU at a university hospital. PATIENTS: All patients admitted to the unit over two periods of 10 months. INTERVENTION: Closure of one bed out of 17. MEASUREMENTS AND RESULTS: Activity and outcome indicators in the ICU and the structures upstream from it (emergency department, operative theater, recovery room) and downstream from it (intermediate care units). After the bed closure, the monthly medians of admitted patients and ICU hospital days increased from 107 (interquartile range 94-112) to 113 (106-121, P=0.07) and from 360 (325-443) to 395 (345-436, P=0.48), respectively, along with the linear trend observed in our institution. All indicators of workload, patient severity, and outcome remained stable except for SAPS II score, emergency admissions, and ICU readmissions, which increased not only transiently but also on a mid-term basis (10 months), indicating that the process of patient care delivery was no longer predictable. CONCLUSIONS: Health care systems, including ICUs, are extraordinary flexible, and can adapt to multiple external constraints without altering commonly used activity and outcome indicators. It is therefore necessary to set up multiple indicators to be able to reliably monitor the impact of external interventions and intervene rapidly when the system is no longer under control.

Wireless Application Test Bed and Simulations for Broadband Mobile Communications Systems

Langattoman laajakaistaisen tietoliikennetekniikan kehittyminen on herättänyt kiinnostuksen sen ammattimaiseen hyödyntämiseen yleisen turvallisuuden ja kriisinhallinnan tarpeisiin. Hätätilanteissa usein olemassa olevat kiinteät tietoliikennejärjestelmät eivät ole ollenkaan käytettävissä tai niiden tarjoama kapasiteetti ei ole riittävä. Tästä syystä on noussut esiin tarve nopeasti toimintakuntoon saatettaville ja itsenäisille langattomille laajakaistaisille järjestelmille. Tässä diplomityössä on tarkoitus tutkia langattomia ad hoc monihyppy -verkkoja yleisen turvallisuuden tarpeiden pohjalta ja toteuttaa testialusta, jolla voidaan demonstroida sekä tutkia tällaisen järjestelmän toimintaa käytännössä. Työssä tutkitaan pisteestä pisteeseen sekä erityisesti pisteestä moneen pisteeseen suoritettavaa tietoliikennettä. Mittausten kohteena on testialustan tiedonsiirtonopeus, lähetysteho ja vastaanottimen herkkyys. Näitä tuloksia käytetään simulaattorin parametreina, jotta simulaattorin tulokset olisivat mahdollisimman aidot ja yhdenmukaiset testialustan kanssa. Sen jälkeen valitaan valikoima yleisen turvallisuuden vaatimusten mukaisia ohjelmia ja sovellusmalleja, joiden suorituskyky mitataan erilaisten reititysmenetelmien alaisena sekä testialustalla että simulaattorilla. Tuloksia arvioidaan ja vertaillaan. Multicast monihyppy -video päätettiin sovelluksista valita tutkimusten pääkohteeksi ja sitä sekä sen ominaisuuksia on tarkoitus myös oikeissa kenttäkokeissa.

Combustibility of Paper Mill Rejects

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää mekaanisen massan valmistuksen käsittävän paperitehtaan rejektija jätevirtojen poltettavuutta, jos paperitehtaan vesikiertojen sulkemisastetta lisätään. Jotta prosessin tilannetta sulkemisen jälkeen saatiin arvioitua, Anjalan paperitehtaan nykypäivän PK3:n prosessia tutkittiin kuorimolta jätevesilaitokselle. Kirjallisuusosassa käsiteltiin rejekti- ja jätevirtojen alkuperää mekaanista massaa käyttävässä paperitehtaassa. Myös tämän päivän jätevedenkäsittelyprosessit sekä sulkemisessa mahdolliset prosessiveden puhdistustekniikat esiteltiin lyhyesti. Lisäksikäytiin läpi nykypäivänä metsäteollisuudessa käytössä olevat polttotekniikat sekä polttoaineiden karakterisointi kattilan käytettävyyden ja päästöjen kannalta. Anjalan PK3:lla käytetään sekä peroksidi- että ditioniittivalkaistua tai pelkästään ditioniittivalkaistua hioketta riippuen tuotannossa olevasta lajista. PK3-prosessissa syntyneet jätevesi-, liete- ja muut jätevirrat selvitettiin molemmissa valkaisuolosuhteissa. Prosessin eniten liuennutta orgaanista ainesta sisältävät jätevesijakeet, 3-hiomon kuumankierron ja kirkassuodoksen ulosajot sekä kuoripuristimen suodos, valittiin puhdistettaviksi virroiksi prosessin sulkemista arvioitaessa. Kun peroksidivalkaisua käytettiin 3-hiomolla, TOC-kuorma jokeen oli 30 % suurempi kuin pelkällä ditioniittivalkaisulla. Jos prosessin sulkemisastetta lisättäisiin, TOC-kuorma olisi 30 %pienempi kuin tänäpäivänä peroksidivalkaisua käytettäessä (80 % puhdistustehokkuudella). Prosessin sulkemisastetta lisättäessä biolietettä muodostuisi n. 30 % vähemmän verrattuna nykytilanteeseen, sillä mikrobien ravintona käyttämää orgaanista ainesta päätyisi vähemmän jäteveteen. 3-hiomon peroksidivalkaisun vaikutus kattilan käytettävyyteen ja päästöihin oli pieni, sillä biolietteen osuus polttoaineen syötöstä oli vain 4 %. Vain osa biolietteestä muodostui 3-hiomolta peräisin olevaa orgaanista ainesta poistettaessa. Jos nykyisen pääpolttoaineen, PDF:n,osuuden jättää huomioimatta, SO2- ja NOx-päästöt sekä leijupedin sintrautuvuus ovat hiukan suuremmat käytettäessä peroksidivalkaisua 3-hiomolla kuin pelkästään ditioniittivalkaisulla. Jos kuoripuristimen ja hiomon suodosten puhdistuksen konsentraatit johdetaan poltettaviksi BFB-tyyppiseen kattilaan, leijupedin sintrautuminen tulisi olemaan suurin ongelma. Myös raskasmetalli-, SO2- ja NOx-päästöt lisääntyisivät merkittävästi verrattuna nykyiseen tilanteeseen. Sen sijaan kattilan korroosioriski tuskin lisääntyisi. Lisäksi konsentraattien kosteuspitoisuus olisi korkea, mikä tekisi poltosta kannattamatonta veden haihdutuksen vaatiessa paljon energiaa. Yksityiskohtaisempaa tutkimusta tarvitaan vielä prosessin sulkemisen vaikutuksista päästöihin ja kattilan käytettävyyteen. Myös muita konsentraattien hävittämismahdollisuuksia tulisi tutkia lisää.

Numerical Modelling of Combustion and Emission Formation in a Diesel Engine with Different Fuel Injection Characteristics

Päästöjen vähentäminen on ollut viime vuosina tärkeässä osassa polttomoottoreita kehitettäessä.Monet viralliset tahot asettavat uusia tiukempia päästörajoituksia. Päästörajatovat tyypillisesti olleet tiukimmat autoteollisuuden valmistamille pienille nopeakäyntisille diesel-moottoreille, mutta viime aikoina paineita on kohdistunut myös suurempiin keskinopeisiin ja hidaskäyntisiin diesel-moottoreihin. Päästörajat ovat erilaisia riippuen moottorin tyypistä, käytetystä polttoaineesta ja paikasta missä moottoria käytetään johtuen erilaisista paikallisista laeista ja asetuksista. Eniten huomiota diesel-moottorin päästöissä täytyy kohdistaa typen oksideihin, savun muodostukseen sekä partikkeleihin. Laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) avulla on hyvät mahdollisuudet tutkia diesel-moottorin sylinterissä tapahtuvia ilmiöitä palamisen aikana. CFD on hyödyllinen työkalu arvioitaessa moottorin suorituskykyä ja päästöjen muodostumista. CFD:llä on mahdollista testata erilaisten parametrien ja geometrioiden vaikutusta ilman kalliita moottorinkoeajoja. CFD:tä voidaan käyttää myös opetustarkoituksessa lisäämään paloprosessin tuntemusta. Tulevaisuudessa palamissimuloinnit CFD:llä tulevat epäilemättä olemaan tärkeä osa moottorin kehityksessä. Tässä diplomityössä on tehty palamissimuloinnit kahteen erilaisilla poittoaineenruiskutuslaitteistoilla varustettuun Wärtsilän keskinopeaan diesel-moottoriin. W46 moottorin ruiskutuslaitteisto on perinteinen mekaanisesti ohjattu pumppusuutin ja W46-CR moottorissa on elektronisesti ohjattu 'common rail' ruiskutuslaitteisto. Näiden moottorien ja käytössä olevien ruiskutusprofiilien lisäksi on simuloinneilla testattu erilaisia uusia ruiskutusprofiileja, jotta erityyppisten profiilien hyvät ja huonot ominaisuudet tulisivat selville. Matalalla kuormalla kiinnostuksen kohteena on nokipäästöjen muodostus ja täydellä kuormalla NOx-päästöjen muodostus ja polttoaineen kulutus. Simulointien tulokset osoittivat, että noen muodostusta matalalla kuormalla voidaan selvästi vähentää monivaiheisella ruiskutuksella, jossa yksi ruiskutusjakso jaetaan kahteen tai useampaan jaksoon. Erityisen tehokas noen vähentämisessä vaikuttaa olevan ns. jälkiruiskutus (post injection). Matalat NOx-päästöt ja hyvä polttoaineen kulutus täydellä kuormalla on mahdollista saavuttaaasteittain nostettavalla ruiskutusnopeudella.

Quadrant/octant sequencing and the role of coherent structures in bed load sediment entrainment

To permit the tracking of turbulent flow structures in an Eulerian frame from single-point measurements, we make use of a generalization of conventional two-dimensional quadrant analysis to three-dimensional octants. We characterize flow structures using the sequences of these octants and show how significance may be attached to particular sequences using statistical mull models. We analyze an example experiment and show how a particular dominant flow structure can be identified from the conditional probability of octant sequences. The frequency of this structure corresponds to the dominant peak in the velocity spectra and exerts a high proportion of the total shear stress. We link this structure explicitly to the propensity for sediment entrainment and show that greater insight into sediment entrainment can be obtained by disaggregating those octants that occur within the identified macroturbulence structure from those that do not. Hence, this work goes beyond critiques of Reynolds stress approaches to bed load entrainment that highlight the importance of outward interactions, to identifying and prioritizing the quadrants/octants that define particular flow structures. Key Points <list list-type=''bulleted'' id=''jgrf20196-list-0001''> <list-item id=''jgrf20196-li-0001''>A new method for analysing single point velocity data is presented <list-item id=''jgrf20196-li-0002''>Flow structures are identified by a sequence of flow states (termed octants) <list-item id=''jgrf20196-li-0003''>The identified structure exerts high stresses and causes bed-load entrainment

Equivalent roughness of gravel-bed rivers

The relation between the equivalent roughness and different grain size percentiles of the sediment in gravel-bed rivers was determined under the hypothesis that the vertical distribution of the flow velocity follows a logarithmic law. A set of 954 data points was selected from rivers with gravel size sediment or larger, with a non-sinuous alignment and free of vegetation or obstacles. According to the results, the ks roughness is equivalent to approximately 2.4D90, 2.8D84, and 6.1D50. No correlation was detected between the sediment sorting and the sediment mobility index on one hand, and, on the other, the coefficient of proportionality of each grain size percentile.

Kuplivan leijukerroksen poltto- ja lämpötekninen tarkastelu

Työn tavoitteena oli luoda menetelmä leijukerroskattilan petin lämpötilojen ja toiminta-alueen arvioimiseksi annetuilla lähtötiedoilla. Toimintatapana oli tutkia polttoaineen ominaisuuksien ja kattilan geometrian vaikutuksia petin energiataseeseen ja tätä kautta petin lämpötilaan kattilan ajotapa huomioiden. Työn teoriaosassa esitellään aluksi biopolttoaineiden ominaisuuksia ja leijukerroskattilan toimintaa petin toimintaympäristön selvittämiseksi. Teoriaosan lopussa käsitellään perusteellisesti petin hydrodynamiikkaa ja reaktiokinettikkaa sekä petin alueen mekaanista mitoitusta. Lisäksi polttoaineen syöttötapa ja palaminen petissä tuodaan esille. Tutkimusosassa selvitetään petin energiatasemallin määrittämistä teoriaan ja diplomityön aikana eri kattiloilla suoritettuihin mittauksiin perustuen. Mittauksista on erillinen selvitys seitsemännessä kappaleessa. Lopuksi kuvaillaan petin energiatasetta mallintavan menetelmän toimintaa sekä siihen syötettäviä lähtötietoja. Tuloksena on saatu suppealla alueella toimiva laajennettavissa oleva petin energiataseen malli. Menetelmän testaamiseen käytetään mittaustietoa kahdelta kattilalta, joita ei olla käytetty petin energiatasemallin virityksessä.

Jätteiden energiakäytön näkymät Euroopassa leijukerrospolton kannalta

Polttaminen on tehokas jätteenkäsittelymenetelmä, jossa jätteen tilavuus pienenee huomattavasti ja energiasisältö voidaan hyödyntää. Euroopan yhtenäistyneen ja tiukentuneen jätelainsäädännön takia jätteen sijoittaminen kaatopaikoille tulee vähenemään merkittävästi, jolloin jätteenkäsittelyn kapasiteettivaje voidaan korvata ensisijaisesti jätettä hyödyntävillä käsittelymenetelmillä. Tässä työssä tarkastellaan kiinteiden polttokelpoisten jätteiden hyödyntämistä polttoaineena erityisesti Suomessa yleisesti käytettävän leijukerrospolton kannalta. Työn tavoitteena on vertailla yleisimpiä jätteen energiakäytössä käytettäviä tekniikoita ja tutkia jätteen energiakäytön nykytilaa sekä tulevaisuuden mahdollisuuksia Euroopan maissa. Työ voidaan jakaa kahteen osaan: alkuosassa on esitetty kiinteän polttoaineen palamisen teoriaa sekä erilaisten kiinteiden polttoaineiden ominaisuuksia. Lisäksi alkuosassa on perehdytty yleisimpiin jätteen energiakäytön tekniikoihin. Työn jälkimmäisessä osassa on käsitelty jätteen energiakäyttöä ohjaavia tekijöitä sekä esitetty jätehuollon nykytila Suomessa ja muutamassa muussa Euroopan maassa. Tarkoituksena on ollut antaa yleiskuva siitä, miten jätettä hyödynnetään energiantuotannossa eri puolilla Eurooppaa ja miten yhtenäistyvä lainsäädäntö vaikuttaa eri maiden jätehuoltopolitiikkaan sekä jätteen energiakäytön määriin.