Granulation and alkali activation of MSWI bottom ash

Abstract. The ever-increasing amount of municipal solid waste has become a problem around the world and in Finland, where the recycling rate of municipal solid waste has remained the same for the last decade. The disposal of municipal solid waste has instead been done mostly by incineration into energy, with 56 % of all municipal waste being incinerated by Finland in 2019. There are multiple reasons why disposing of municipal waste by incineration is the popular method. Municipal waste is mixed organic and inorganic waste, causing problems in separation for recycling and landfilling, while incineration reduces waste mass by 70 % and volume by up to 90 %, which is important with the huge amount of waste in modern society. Also, a legislation in 2016 forbade landfilling of organic waste in Finland. The resulting municipal solid waste incineration (MSWI) residues, bottom ash and fly ash contain various pollutants such as heavy metals, which means they need to be treated and stabilized before landfilling or using as a material to avoid leaching of hazardous components. The objective of this study was to form granules by means of tumbling granulation from municipal solid waste incineration (MSWI) residues, mainly bottom ash, by using an alkali-activator as a binding liquid to geopolymerize and solidify the granule structure. The primary focus of the thesis was to study how different co-binders such as MSWI fly ash, ground-granulated blast furnace slag, coal fly ash and curing techniques affect the leaching and physical properties of granules for the use as lightweight aggregates in construction. The first part of the study focused on the effects of different co-binders in longer and simple curing conditions such as room temperature- and oven curing for up to 28 days. The main material used was MSWI bottom ash, while 10 % of the material was substituted with co-binders, MSWI fly ash and ground-granulated blast furnace slag (GGBFS). The second part of the study used the same residues for granulation apart from substituting coal fly ash instead of GGBFS as a co-binder. The curing with sintering and microwaving was done after 24 hours of oven-curing, and possible degradation of sintered or microwaved samples over longer periods of time was not studied. The alkali-activator used in both studies was liquid sodium silicate. The residues used for samples were evaluated with thermogravimetric analysis, x-ray fluorescence, x-ray diffraction and particle size analysis along with a leaching test while the granules were tested for compressive strength, bulk density, water absorption and leaching. The granulation was easily done by mixing MSWI bottom ash and a liquid alkali-activator in a pelletizing disk to form spherical granules. The results of the study showed that alkali-activated granules formed from MSWI residues such as bottom ash using a sodium silicate solution were classified as lightweight aggregates based on their bulk density. The compressive strength of most granules was close to a weaker commercial LECA-aggregate, but sintered samples had less strength than expected. The highest strength was obtained by substituting 10 % of GGBFS into the MSWI BA with room temperature or oven curing. Water absorption was higher in sintered samples than in other similar studies while milder curing conditions resulted in absorption properties found in other studies on alkali-activated granules. The environmental impact assessment done by leaching analysis found varying results dependent on the hazardous components and what type of curing and co-binders were used. Some hazardous components were stabilized well by milder curing conditions, while some were immobilized completely only by sintering. However, this sintering especially at 800 °C also caused some previously stabile components such as chromium to be highly leachable.Jätteenpolton pohjatuhkien alkaliaktivointi ja granulointi. Tiivistelmä. Kiinteän yhdyskuntajätteen jatkuvasti kasvavasta määrästä on tullut ongelma ympäri maailmaa ja Suomessa, jossa kiinteän yhdyskuntajätteen kierrätysaste on pysynyt samana viimeisen vuosikymmenen ajan. Kiinteän yhdyskuntajätteen loppusijoitus on sen sijaan tapahtunut enimmäkseen polttamalla energiaksi, ja 56 prosenttia kaikista yhdyskuntajätteistä poltettiin Suomessa vuonna 2019. On useita syitä, miksi yhdyskuntajätteet hävitetään polttamalla. Yhdyskuntajäte on sekoitettua orgaanista ja epäorgaanista jätettä, mikä aiheuttaa ongelmia kierrätyksessä ja kaatopaikalle sijoittamisessa, kun taas polttaminen vähentää jätemassaa 70 % ja määrää jopa 90 %, mikä on tärkeää nykyaikaisessa yhteiskunnassa syntyvän valtavan jätemäärän vuoksi. Lisäksi vuonna 2016 laadittu lainsäädäntö kielsi orgaanisen jätteen sijoittamisen kaatopaikalle Suomessa. Kiinteän yhdyskuntajätteen polttamisjätteet, pohjatuhka ja lentotuhka sisältävät erilaisia epäpuhtauksia, kuten raskasmetalleja, mikä tarkoittaa, että ne on käsiteltävä ja stabiloitava ennen kaatopaikalle sijoittamista tai materiaalina käyttöä haitallisten aineiden huuhtoutumisen välttämiseksi. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli muodostaa rakeita kiinteän yhdyskuntajätteen polttamisen tähteistä, pääasiassa pohjatuhkasta, käyttämällä alkaliaktivaattoria sitovana nesteenä rakeiden rakenteen geopolymeroimiseksi ja kiinteyttämiseksi. Opinnäytetyön ensisijaisena tavoitteena oli tutkia, kuinka erilaiset sideaineet, kuten lentotuhka, jauhettu rakeinen masuunikuona, kivihiilen lentotuhka ja eri kovettamistekniikat, vaikuttavat rakeiden raskasmetallien huuhtoutumiseen ja fysikaalisiin ominaisuuksiin käytettäväksi kevyinä aggregaatteina rakentamisessa. Tutkimuksen ensimmäinen osa keskittyi sideaineiden vaikutuksiin pidemmissä ja yksinkertaisissa kovetusolosuhteissa, kuten huoneenlämmössä ja uunissa kovettamalla jopa 28 päivän ajan. Pääasiallinen materiaali oli pohjatuhka, kun taas 10 % materiaalista korvattiin sideaineilla, lentotuhkalla ja jauhetulla masuunikuonalla. Tutkimuksen toisessa osassa käytettiin samoja tähteitä rakeistamiseen lukuun ottamatta masuunikuonan korvaamista hiilenpolton lentotuhkalla. Sintraus ja mikroaallotus tehtiin 24 tunnin uunissa kovettamisen jälkeen, eikä sintraus- ja mikroaaltonäytteiden mahdollista hajoamista pitkällä aikavälillä tutkittu. Molemmissa tutkimuksissa käytetty alkaliaktivaattori oli natriumsilikaatin vesiliuos. Rakeissa käytetyt materiaalit analysoitiin termogravimetrisellä analyysillä, röntgenfluoresenssilla, röntgendiffraktiolla ja hiukkaskokoanalyysillä sekä uuttotestillä. Rakeista testattiin puristuslujuutta, irtotiheyttä, veden imeytymistä ja uuttoa. Rakeistus tehtiin onnistuneesti pelletointilevyssä sekoittamalla tuhkaa ja alkaliaktivaattoria kunnes saatiin pallomaisia rakeita. Tuloksena saadut rakeet luokiteltiin kevyiksi aggregaateiksi niiden tiheyden perusteella. Useimpien rakeiden puristuslujuus oli lähellä testattua LECA-aggregaattia, mutta sintrattujen näytteiden lujuus oli odotettua pienempi. Suurin lujuus saatiin sekoittamalla 10 % masuunikuonaa ja kovettamalla huoneenlämmössä tai uunissa. Veden imeytyminen oli korkeampi sintratuissa näytteissä kuin muissa vastaavissa tutkimuksissa, ja lievemmät kovetusolosuhteet johtivat samankaltaisiin ominaisuuksiin kuin muiden alkaliaktivoitujen rakeiden tutkimuksissa. Raskasmetallien huuhtoutumisanalyysi osoitti, että tulokset riippuivat ainekohtaisesti riippuen käytetystä kovetusmenetelmästä ja sideaineista. Jotkin haitalliset aineet stabiloituivat jo alkaliaktivaatiolla lievemmissä olosuhteissa, ja toiset eivät huuhtoutuneet lainkaan sintrauksen jälkeen. Alkaliaktivaatio kaikissa näytteissä aiheutti kuitenkin joidenkin aineiden huuhtoutumisen lisääntymistä, ja varsinkin 800 °C sintrauksen jälkeen aiemmin stabiilit aineet kuten kromi pystyikin huuhtoutumaan todella vapaasti

Luokanopettajaksi opiskelevien tulkintoja liikuntamotivaatioon vaikuttavista tekijöistä peruskouluiässä

Tiivistelmä. Tämän pro gradu -tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää luokanopettajaopiskelijoiden peruskouluajan liikuntamotivaatioon vaikuttavia tekijöitä. Tavoitteena oli löytää tekijöitä, joihin liikuntaa opettava opettaja voisi vaikuttaa omalla toiminnallaan ja näin ollen lisätä lasten ja nuorten liikuntamotivaatiota. Tarkasteltavana olivat liikuntamotivaatioon sekä positiivisesti että negatiivisesti vaikuttavat tekijät. Tutkimus on laadullinen tutkimus, jonka teoriapohjan muodostaa itsemääräämisteoria, tavoiteorientaatioteoria ja motivaatioilmastoteoria. Lisäksi teoreettisessa viitekehyksessä käsitellään liikunnan oppimisympäristöjen ja opettajan roolia liikuntamotivaation rakentajina, sekä avataan motivaation käsitettä. Tutkimuksen aineisto on sekundaariaineisto, joka on kerätty opettajankoulutuksen liikunnan monialaisten opintojen lopuksi toisen vuosikurssin opettajaopiskelijoilta. Aineisto on kerätty keväällä 2018 kurssityönä, jossa opiskelijat pohtivat muun muassa omaa liikuntahistoriaansa. Tutkimuksessa käytettiin yhteensä 40:tä esseekirjoitusta, joista 8 oli miesopiskelijoiden ja 32 naisopiskelijoiden kirjoittamia. Tutkimus on fenomenografinen ja aineiston analyysi toteutettiin aineistolähtöisellä sisällönanalyysilla. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella luokanopettajaopiskelijoiden peruskouluiän liikuntamotivaatioon vaikuttavat muiden toiminta sekä oppilaan sisäiset ja ulkoiset tekijät. Positiivisesti eniten vaikuttivat muiden toiminta ja negatiivisesti eniten muiden toiminta ja ulkoiset tekijät. Oppilaan sisäiset tekijät vaikuttivat vähiten sekä negatiivisesti että positiivisesti luokanopettajaopiskelijoiden liikuntamotivaatioon peruskouluiässä. Yksittäisiä tekijöitä tarkasteltaessa opettajan toiminta oli merkittävässä roolissa. Lisäksi positiivisesti vaikuttavissa tekijöissä perheen toiminnalla oli suuri vaikutus liikuntamotivaatioon

Hevostallien ilmahygienia

Pro gradu -työ : Kuopion yliopisto, teknisen ympäristöhygienian laitos

Vehnänkorren delignifiointi DES-käsittelyillä ja jatkojalostus nanoselluloosaksi

Laadukkaan nanoselluloosan valmistus vaatii selluloosakuitujen delignifioinnin, joka on perinteisesti toteutettu emäksisissä olosuhteissa. Nanosellun fibrilloinnissa esikäsittely mekaanista hajotusta varten on tehty emäksen tai hapon aiheuttamalla hydrolyysillä tai selluloosaa hajottavilla entsyymeillä, minkä seurauksena kuituseinämän rakenne löystyy. Maatalouden jätejakeiden eli vehnänkorren kaltaisten nonwood-massojen hankala käytettävyys perinteisessä sellunkeittoprosessissa luo tarpeen uudenlaiselle delignifiointiprosessille. Suhteellisen uudet DES-liuokset eli syväeutektiset liuottimet ovat mahdollisesti ratkaisu puhtaamman ligniinijakeen saantiin nonwood-massoista ja ligniinin poistoon viljelykasvien jätejakeista ympäristöystävällisesti ja halvasti. Työssä käytetty vehnänkorsi on hyvin yleistä nonwood-kuitua, jonka pitäisi olla tulevaisuudessa käytetyin nanoselluloosan raaka-aine. Nonwood-biomassaa saadaan maatalousjätteenä, joten se on halpaa ja runsasta eikä vie tuotantoa pois hyöty- ja ruokakasveilta. Työssä tutkittiin eri luonnonhapoista muodostettujen DES-liuosten tehokkuutta ja soveltuvuutta vehnänkorren delignifiointiin ja nanoselluloosan valmistukseen. Vehnänkortta sekoitettiin DES-liuoksessa ja lämmitettiin öljyhauteessa eri lämpötiloissa sekä ajoissa, jonka jälkeen kiinteä massa erotettiin liuottimesta sentrifugoimalla ja suodattamalla. Lopuksi ligniinikin pyrittiin erottamaan DES-liuoksesta. Tuloksia analysoitiin gravimetrisesti punnitsemalla vehnänkorren massa ennen käsittelyä ja sen jälkeen. Myös erotetun ligniinin massa punnittiin. Tulosten perusteella sekä aika että lämpötila vaikuttivat vahvasti jäännösmassan määrään ja eri hapoista valmistetut DES-liuokset tehosivat vaihtelevin määrin. Lyhyessä ajassa lämpötilalla oli eniten merkitystä. Mitä suurempi lämpötila ja mitä pitempi keittoaika, sitä parempi delignifiointi saatiin aikaiseksi. Gravimetrinen analyysi ei ole riittävän hyvä metodi luotettavien tulosten saamiseksi, joten jatkotutkimuksissa pitäisi mitata liuotettujen massojen selluloosapitoisuus. Lisäksi jatkossa tulisi testata laajempi valikoima eri DES-liuoksia

RElative QUantitation Inferred by Evaluating Mixtures (REQUIEM)

Motivated by the lack of easily implementable and generally applicable strategies to increase and assess data accuracy, we devised a novel label-free approach, termed REQUIEM, to address challenges in relative quantitation. For comparing the relative amounts of analytes in two samples, a mixture is prepared from aliquots of the samples, and the samples and the mixture are analyzed in parallel according to the intended workflow. Processing of the resulting data using the REQUIEM algorithm yields unbiased analyte fold-changes and associated statistics, allowing several types of errors to be diagnosed or eliminated. Extensive simulations and analysis of carefully prepared standard samples demonstrated the rigorous foundations of REQUIEM. We applied REQUIEM to several real-world analytical techniques and workflows, notably to tandem mass spectrometry analysis by using isomeric oligosaccharides as test analytes. We conclude that REQUIEM can reveal inaccuracies in the data that are difficult to identify by using traditional approaches

Establishment of fetomaternal tolerance through glycan-mediated B cell suppression

Discrimination of self from non-self is fundamental to a wide range of immunological processes1. During pregnancy, the mother does not recognize the placenta as immunologically foreign because antigens expressed by trophoblasts, the placental cells that interface with the maternal immune system, do not activate maternal T cells2. Currently, these activation defects are thought to reflect suppression by regulatory T cells3. By contrast, mechanisms of B cell tolerance to trophoblast antigens have not been identified. Here we provide evidence that glycan-mediated B cell suppression has a key role in establishing fetomaternal tolerance in mice. B cells specific for a model trophoblast antigen are strongly suppressed through CD22-LYN inhibitory signalling, which in turn implicates the sialylated glycans of the antigen as key suppressive determinants. Moreover, B cells mediate the MHC-class-II-restricted presentation of antigens to CD4+ T cells, which leads to T cell suppression, and trophoblast-derived sialoglycoproteins are released into the maternal circulation during pregnancy in mice and humans. How protein glycosylation promotes non-immunogenic placental self-recognition may have relevance to immune-mediated pregnancy complications and to tumour immune evasion. We also anticipate that our findings will bolster efforts to harness glycan biology to control antigen-specific immune responses in autoimmune disease

Onnekkaat sattumat ja psykologinen turvallisuus uudistumisen lähteinä työpaikoilla

Tiivistelmä Jotta organisaatio säilyisi elinvoimaisena, sen täytyy aika ajoin uudistua. Asiantuntijatyössä uudistukset ja luovat ratkaisut voivat syntyä yhteensattumien kautta. Millaisia onnekkaita sattumia ja sattuman paikkoja asiantuntijatyöpaikoilla on tunnistettavissa? Mitä voi syntyä sattuman seurauksena? Missä määrin onnekkaat sattumat liittyvät yksilön toimintatapaan ja missä määrin organisaatiokulttuuriin? Entä miltä näyttää tilanne Suomessa sattumaherkän työympäristön ja psykologisen turvallisuuden osalta? Tässä julkaisussa etsitään vastauksia muun muassa näihin kysymyksiin. Julkaisu pohjautuu Työsuojelurahaston rahoittamaan Yhteensattumia-tutkimushankkeeseen (2018–2021), jossa tuotettiin tuoretta tietoa yhteensattumista ja niiden hyödyntämisestä (serendipisyys), sekä psykologisesta turvallisuudesta ja sen vahvistamisesta asiantuntijatyössä. Tämä tieto tukee työpaikkojen valmiuksia tarttua sattuman tuomiin mahdollisuuksiin, jakaa ideoita ja ongelmia sekä suunnata katse uuden äärelle. Tutkimus kohdistui asiantuntijatyötä tekeviin palkansaajiin, heidän esimiehiinsä sekä hr-ammattilaisiin. Tutkimus pohjautui sekä määrällisiin että laadullisiin aineistoihin, joita olivat: neljältä asiantuntijatyöpaikalta kerätty haastattelu- (N= 49) ja työpaja-aineisto (N= n. 270) sekä kahden ammattiliiton jäsenille toteutetut Yhteensattumia-kyselyt (N= 1 290). Lisäksi hyödynnettiin vuoden 2018 työolotutkimusta, jonka pohjalta kartoitettiin sattumaherkkää työympäristöä, psykologisen turvallisuuden tilaa ja kehitystä sekä psykologisen turvallisuuden yhteyttä uudistavaan toimintaan. Tutkimus osoitti, että serendipisyyskokemukset eli onnekkaat sattumat ovat varsin tavallisia asiantuntijatyössä, Yhteensattumia-kyselyn vastaajista yli puolet (54 %) arvioi kohtaavansa työssään usein hyödyllistä tietoa, ideoita tai asioita, joita ei sinänsä ollut etsimässä. Naisilla nämä kokemukset olivat tavallisempia kuin miehillä. Onnekkaita sattumia tapahtui erityisesti omalla työpaikalla, työtä tehdessä tai työpaikan epämuodollisissa kohtaamisissa. Myös työpaikan ulkopuoliset tapahtumat ja tapaamiset sekä koulutukset olivat merkittäviä onnekkaiden löytöjen paikkoja. Kaikkiaan sosiaalinen vuorovaikutus ja ihmisten kasvokkainen kohtaaminen näyttivät olevan keskeisimpiä serendipisyyskokemusten lähteitä asiantuntijatyössä. Toisaalta mahdollisuus pysähtyä tai hiljentää vauhtia oli läsnä monessa sattumaesimerkissämme. Ihminen esimerkiksi odotti kahvia kahviautomaatilla ja sattui kuulemaan jotakin merkittävää. Pysähtyneisyyden tilaan liittyivät myös yllättävät oivallukset esimerkiksi koiralenkillä tai muissa vapaa-ajan askareissa. Onnekkaat löydöt eivät mahtuneet kiireiseen työpäivään. Työn digitaalisuus ei sen sijaan noussut niin vahvasti esiin serendipisyyskokemusten ympäristönä kuin olimme olettaneet. Aineistossamme sosiaalisen median käyttö oli yhteydessä onnekkaisiin sattumiin, ja kolmannes (33 %) kyselyymme vastanneista asiantuntijoista arvioi usein klikkaavansa verkossa tuloksia, jotka eivät liittyneet alkuperäiseen tehtävään. Identifioimistamme sattumaesimerkeistä kuitenkin vain 13 % tapahtui digitaalisessa ympäristössä. Serendipisyys voi olla osana niin suurissa kuin pienissäkin ratkaisuissa, ideoissa, uudistuksissa ja keksinnöissä. Serendipisyyskokemuksessa hyöty voi aktualisoitua nopeasti asiantuntijalle itselleen, esimerkiksi oma työ voi sujuvoitua uuden sattumalta havaitun oivalluksen tai kikan myötä. Toisinaan taas onnekkaasta sattumasta voi hyötyä koko organisaatio pidemmällä aikaperspektiivillä, jos tuo sattuma esimerkiksi johtaa uuden merkittävän asiakkaan luo tai jos kyseessä on esimerkiksi uusi tuoteidea. Tyypillisimpiä yhteensattumien tuottamia hyötyjä olivat työhön liittyvät uudet tai hyödylliset ideat, tuotokset toimintatavat tai ratkaisut. Muita usein esiin tuotuja hyötyjä olivat hyödyllinen tieto tai tapahtuma, uusi työpaikka tai rooli, materiaali, väline tai kontakti. Onnekkaat sattumat olivat selvästi yhteydessä yksilön uudistavaan toimintatapaan. Yksilö kohtaa yllättäviä ärsykkeitä, ideoita, kuvia, tekstejä tai esineitä ympäristössään, mutta missä määrin niillä on arvoa ja tartutaanko niihin, vaihtelee yksilöstä toiseen. Vaikka siis serendipisyyskokemusten perusta on yllätyksellisyys ja ennakoimattomuus, nämä kokemukset eivät ole yleensä täysin sattumanvaraisia. Ennakoimattoman luonteensa vuoksi serendipisyyttä ei voi hallita, mutta sitä voi opetella ja ruokkia. Voi opetella altistamaan itsensä mahdollisille sattumille, olla avoimena uusille asioille, hakeutua uusiin tilanteisiin tai uusien ihmisten pariin, tai pysähtyä tietoisesti tarkastelemaan omaa työympäristöä uusin silmin. Serendipisyys on yksilökokemus, mutta työpaikalla siihen liittyy vahvasti työpaikan organisaatiokulttuuri. Työpaikka voi luoda otolliset olosuhteet, esimerkiksi antaa aikaa ja luoda tiloja uuden kohtaamiselle ja hyödyntämiselle. Lisäksi analyysimme kertoivat, että psykologinen turvallisuus on hyvä maaperä uudistuksille, kuten aloitteiden tekemiselle ja uusien ideoiden soveltamiselle työpaikoilla. Psykologisen turvallisuuden luomisessa keskeisinä henkilöinä ovat esihenkilöt ja ryhmien vetäjät, mutta myös jokaisella työntekijällä on tärkeä rooli psykologisen turvallisuuden edistämisessä ja ylläpitämisessä. Hierarkkinen, ylhäältä johdettu organisaatio oli tulostemme mukaan huonompi alusta psykologiselle turvallisuudelle ja luovuuden hyödyntämiselle. Vastaavasti, jos asiantuntija itse koki olevansa aktiivinen toimija uudistuksessa, näyttäytyi uudistaminen yleensä varsin myönteisessä valossa. Jotta uudistukset otetaan omaksi ja työpaikan luovuus saadaan kattavasti käyttöön, tarvitaan vuoropuhelua ja työntekijöille osallisuuden mahdollisuuksia. Jotta uuteen voidaan sitoutua, tulisi uusien ratkaisujen olla ainakin jollakin tapaa yhteisesti sovittuja. Tutkimustoiminnan pohjalta hankkeessa kehitettiin Pelotta työssä -digiopas, johon on koottu tietoa psykologisesta turvallisuudesta ja sen edistämisestä työyhteisössä, myös etätyössä. Julkaisun lopussa on kuvattu tiiviisti oppaan keskeisiä sisältöjä. Näin hanke tuotoksineen toivottavasti osaltaan tukee työpaikkojen käytäntöjä ja luo parempia edellytyksiä uutta luovalle asiantuntijatyölle