Effect of ultrasound on bone fracture healing:A computational mechanobioregulatory model

Bone healing process is a complicated phenomenon regulated by biochemical and mechanical signals. Experimental studies have shown that ultrasound (US) accelerates bone ossification and has a multiple influence on cell differentiation and angiogenesis. In a recent work of the authors, a bioregulatory model for providing bone-healing predictions was addressed, taking into account for the first time the salutary effect of US on the involved angiogenesis. In the present work, a mechanobioregulatory model of bone solidification under the US presence incorporating also the mechanical environment on the regeneration process, which is known to affect cellular processes, is presented. An iterative procedure is adopted, where the finite element method is employed to compute the mechanical stimuli at the linear elastic phases of the poroelastic callus region and a coupled system of partial differential equations to simulate the enhancement by the US cell angiogenesis process and thus the oxygen concentration in the fractured area. Numerical simulations with and without the presence of US that illustrate the influence of progenitor cells' origin in the healing pattern and the healing rate and simultaneously demonstrate the salutary effect of US on bone repair are presented and discussed

Effect of ultrasound on bone fracture healing:A computational bioregulatory model

peer reviewedBone healing is a complex biological procedure in which several cellular actions, directed by biochemical and mechanical signals, take place. Experimental studies have shown that ultrasound accelerates bone ossification and has a multiple influence on angiogenesis. In this study a mathematical model predicting bone healing under the presence of ultrasound is demonstrated. The primary objective is to account for the ultrasound effect on angiogenesis and more specifically on the transport of the Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF). Partial differential equations describing the spatiotemporal evolution of cells, growth factors, tissues and ultrasound acoustic pressure and velocity equations determining the development of the blood vessel network constitute the present model. The effect of the ultrasound characteristics on angiogenesis and bone healing is investigated by applying different boundary conditions of acoustic pressure at the periosteal region of the bone model, which correspond to different intensity values. The results made clear that ultrasound enhances angiogenesis mechanisms during bone healing. The proposed model could be regarded as a step towards the monitoring of the effect of ultrasound on bone regeneration. © 2018Action “Supporting Postdoctoral Researchers” of the Operational Program “Education and Lifelong Learning” (Action’s Beneficiary: General Secretariat for Research and Technology); Greek State (PE8-3347

Process development for chemical stabilization of fly ash from municipal solid waste incineration

One of the main problems arising from the operation of modern waste incineration plants is the management of produced fly ash, which requires high costs and a careful assessment of the methods to be selected due to its high toxicity. Moreover, the very strict limits the European Union (EU) has laid down in recent years for the landfill of waste, make it necessary to treat the fly ash prior to disposal. The present PhD thesis investigates the treatment of fly ash from the incineration of waste in order to limit the release of pollutants and compliance with the boundaries of landfills for non-hazardous waste.Two fly ash samples were studied, one from a municipal solid waste (MSW) incineration plant in France and one from a medical waste (MW) incineration plant in Greece, as there is no MSW incineration plant in our country. Initially, the physicochemical characterization of the fly ash samples was performed and the results were compared with literature data for similar samples. The physicochemical characterization includes measurements of moisture, pH, density, specific surface area, particle size distribution, X-ray fluorescence (XRF) elemental analysis, X-ray diffraction (XRD) mineralogy analysis, thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscope (SEM) morphology analysis. According to the results, the two ashes are typical samples of each kind, while the comparison between the two ashes revealed significant similarities but also some differences.For ashes classification, the standard leaching test EN 12457/2 was applied in accordance with European legislation. Leachate analysis includes measurements of pH, conductivity, Total Dissolved Solids (TDS), Dissolved Organic Carbon (DOC), ions concentration (Cl-, F- and SO42-) determined by ion chromatography, and metals concentration (As, Ba, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn) determined by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES) and by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). The leaching test results for the ash from MSW incineration indicate that the leachate concentration of Pb, TDS, chlorine and sulphate ions exceed the legal limits for non-hazardous waste landfills. For the ash from MW incineration, leachate concentration of Pb, TDS, chlorine and fluoride ions exceed the limits for non-hazardous waste landfills. According to the European Council Decision (2003/33/EC), both ashes are hazardous wastes that have to be disposed of in a hazardous waste landfill or should be properly treated so as not to exceed the limits of the non-hazardous waste landfills.Fly ash treatment was experimentally investigated to highlight a method that would reduce the leachability of pollutants from ash below the limits of non-hazardous waste landfills. To reduce the leachability of Pb, chemical stabilization with phosphates was chosen as a treatment technique, while the water washing technique was chosen to remove the salts. The phosphate stabilization method reduces the leachability of Pb and other metals by a simple technique and without producing a liquid waste. The basic principle is to bind and immobilize pollutants in the residue matrix as phosphate minerals. However, because no water extraction is used, the treated product retains the salts contained in the original residue. The water washing technique is used to remove the soluble salts from the ash. Washing with water is commonly used in conjunction with other methods. An important goal for the method is to use the smallest possible Liquid to Solid (L/S) ratio and the shorter agitation time. Finally, one of the main problems of water washing is the management of the wastewater produced, as not only the readily soluble salts are removed from the residues but also significant amounts of heavy metals.The two treatment techniques were initially studied separately and then combined. The influence of various processing parameters, such as the phosphate and ash ratio, the liquid to solid ratio, the pH, the sequence of the two techniques, and the use of a different phosphate source were investigated experimentally to highlight the optimal method. After the treatment each sample was tested with the EN 12457/2 leaching test and the leachate was analyzed in order to evaluate the efficacy of each treatment method. Additionally, the liquid waste generated by each treatment method was analyzed.According to the results for each technique separately, chemical stabilization with phosphoric acid effectively stabilizes Pb, however the TDS of the leachate still exceed the limit value. In addition, water washing leads to a significant removal of salts, resulting in a 12% reduction in ash weight. When HNO3 is used to adjust the pH during washing, salt removal is even higher, resulting in a 22% reduction in ash weight. The two techniques separately are not sufficient to stabilize the ash in order to comply with the legal limits of the leaching test.Exploring the combination of the two techniques, has led to the design of a method leading to the successful stabilization of the MSW incineration ash and compliance with the legal limits of non-hazardous waste landfills. In this method, chemical stabilization is first carried out with a small amount of water along with 7% phosphoric acid (w/w% of the raw ash) and then, in a second step, washing with the remaining water (a total of 2.5 l/kg). Pb is successfully stabilized so that its concentration in the treated ash is much lower than the legal limit. It is noticed that for the methods tested for the MSW incineration ash, the pH of the leachate shows values from 7.3 to 10.8 and the fact that Pb is successfully stabilized in each case confirms the successful stabilization of Pb over a wide pH range when using phosphoric acid. The concentration of other metals in the leachate also decreases, with the exception of Cr concentration which is increased but is still below the limit value. Additionally, satisfactory removal of the salts from the ash in the liquid waste is achieved, resulting in a TDS leachate concentration of ash after treatment lower than the legal limit. There is no noticeable reduction in the ash weight after treatment, as about 10% of raw ash weight is removed due to salts washing through the liquid waste, while a quantity of phosphoric acid equal to 7% by weight of the raw ash is added. Finally, the liquid waste of the process is the least polluted with heavy metals compared to the other methods examined. It is noted that a very small amount of water was used for the salts washing compared to other studies, with the target of producing as little volume of wastewater as possible.In addition, the use of lime (Ca(OH)2)has been tested in the previously treated MSW fly ash samples. It has been shown not to further improve the treatment methods results examined in the present thesis, but in some cases leads to an increase of the leachate concentration of significantly toxic elements such as Cr, Sb and Se.From the comparison of the leaching results of MSW ash and MW ash, the high leachability of Pb and salts is identified as the main problem for both ashes. Based on this observation and other similarities in physicochemical characteristics between the two residues, the successful method developed for the MSW ash was examined for the treatment of MW ash. The efficiency of the process after minor modifications was also confirmed by the successful stabilization of MW fly ash. The variation of the method requires the same amount of phosphoric acid (7%) and the use of a small additional amount of water (3 l/kg instead of 2.5 l/kg). According to the results, Pb is successfully stabilized, having a leachate concentration much lower than the legal limit, while the concentrations of the rest metals remain low and below the limit values. The concentration of TDS in the leachate is dramatically reduced, so that being below the legal limit for the treated ash. For the treated MW ash a total weight reduction of 10% is observed due to the salts removal through the liquid waste, as about 20% of the weight of the raw ash is removed during the leaching of the salts, while a quantity of phosphoric acid equal to 10 % of the weight of the raw ash is added. According to the results, the method can successfully stabilize the MW fly ash in order to be disposed of in a landfill for non-hazardous waste. The additional use of phosphate during the treatment has been shown to result in the same metal leachability results and does not further improve the quality of the waste liquid produced.The investigation of the treatment methods highlighted the problem of mobilization of toxic metals such as Sb and Se in specific changes in the process conditions. Most literature studies do not include these elements in the measured metals and as a result their problematic leaching behavior is not evaluated. Moreover, the very strict limits the EU has set for these two metals make it necessary to analyze them when assessing a treatment method. According to the results of the present PhD thesis for these metals, it has been shown that washing with water followed by stabilization with phosphoric acid, which is the usual practice in the few studies which examine the combination of the two methods, does not lead to a successful stabilization of fly ash. Instead, in the method that led to successful stabilization, water washing takes place after the chemical stabilization. This is achieved by simply changing the sequence of the two methods and using the appropriate parameters to establish a totally effective treatment method.In summary, this PhD thesis has led to the development of a simple and low-cost treatment technique that achieves the stabilization of both MSW and MW fly ash, complying with the EU's legal limits, and can be a solution to the problem of their safe management.Ένα από τα βασικά προβλήματα που προκύπτουν από τη λειτουργία των σύγχρονων μονάδων καύσης αποβλήτων είναι η διαχείριση της παραγόμενης ιπτάμενης τέφρας, για την οποία απαιτούνται υψηλές δαπάνες αλλά και προσεκτική αξιολόγηση των μεθόδων που θα επιλεγούν, λόγω της υψηλής τοξικότητάς της. Επιπλέον, τα ιδιαίτερα αυστηρά όρια που έχει θεσπίσει η Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ) τα τελευταία χρόνια για την υγειονομική ταφή των αποβλήτων καθιστούν απαραίτητη την επεξεργασία της ιπτάμενης τέφρας πριν την ταφή της. Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά την επεξεργασία της ιπτάμενης τέφρας από την καύση αποβλήτων με στόχο τον περιορισμό της απελευθέρωσης ρύπων και τη συμμόρφωση με τα όρια των χώρων υγειονομικής ταφής μη επικίνδυνων αποβλήτων.Δύο δείγματα ιπτάμενης τέφρας μελετήθηκαν, το ένα προέρχεται από μία μονάδα καύσης αστικών στερεών αποβλήτων (ΑΣΑ) στη Γαλλία και το άλλο από μία μονάδα καύσης ιατρικών αποβλήτων (ΙΑ) στην Ελλάδα, καθώς στη χώρα μας δεν υπάρχει μονάδα καύσης ΑΣΑ. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των δειγμάτων ιπτάμενης τέφρας και τα αποτελέσματα συγκρίνονται με δεδομένα της βιβλιογραφίας για αντίστοιχα δείγματα. Ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός περιλαμβάνει μετρήσεις υγρασίας, pH, πυκνότητας, ειδικής επιφάνειας, κοκκομετρική ανάλυση με κόσκινα και με laser, στοιχειακή ανάλυση με φθορισμό Ακτίνων Χ (XRF), ορυκτολογική ανάλυση με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA) και ανάλυση μορφολογίας με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (SEM). Οι δύο τέφρες αποτελούν τυπικά δείγματα του κάθε είδους, ενώ μεταξύ τους εμφανίζουν σημαντικές ομοιότητες αλλά και ορισμένες διαφορές.Για την κατηγοριοποίηση των τεφρών εφαρμόστηκε η πρότυπη δοκιμή έκπλυσης ΕΝ 12457/2 σύμφωνα με την ευρωπαϊκή νομοθεσία. Οι αναλύσεις των εκπλυμάτων περιλαμβάνουν τη μέτρηση του pH, της αγωγιμότητας, των Ολικών Διαλυμένων Στερεών (TDS), του Διαλυμένου Οργανικού Άνθρακα (DOC), των ιόντων (Cl-, F- και SO42-) με Ιοντική Χρωματογραφία (IC), και όλων των μετάλλων για τα οποία έχουν θεσπιστεί επιτρεπτά όρια (As, Ba, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn) με φασματομετρία ατομικής εκπομπής με πηγή επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος (ICP-AES) ή με φασματομετρία μάζας με πηγή επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος (ICP-MS). Τα αποτελέσματα της δοκιμής έκπλυσης δείχνουν ότι για την τέφρα ΑΣΑ η συγκέντρωση του Pb, των ολικών διαλυμένων στερεών (TDS), των ιόντων χλωρίου και των θειικών ιόντων στο έκπλυμα υπερβαίνουν τα νόμιμα όρια για τους χώρους υγειονομικής ταφής μη επικίνδυνων αποβλήτων. Για την τέφρα ΙΑ, τα όρια υπερβαίνουν ο Pb, τα TDS και τα ιόντα χλωρίου και φθορίου. Σύμφωνα με την απόφαση του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου (2003/33/ΕΚ), και οι δυο τέφρες αποτελούν επικίνδυνα απόβλητα που θα πρέπει να εναποτεθούν σε χώρο υγειονομικής ταφής για επικίνδυνα απόβλητα ή θα πρέπει να υποστούν κατάλληλη επεξεργασία ώστε να μην υπερβαίνουν τα όρια των χώρων υγειονομικής ταφής μη επικίνδυνων αποβλήτων.Η επεξεργασία των τεφρών διερευνήθηκε πειραματικά με στόχο την ανάδειξη μίας μεθόδου που θα περιορίζει την εκπλυσιμότητα των ρυπογόνων ουσιών από την τέφρα σε τιμές χαμηλότερες από τα όρια των χώρων υγειονομικής ταφής μη επικίνδυνων αποβλήτων. Για τη μείωση της εκπλυσιμότητας του Pb επιλέχθηκε ως τεχνική επεξεργασίας η χημική σταθεροποίηση με φωσφορικά (chemical stabilization with phosphates), ενώ για την απομάκρυνση των αλάτων επιλέχθηκε η τεχνική της έκπλυσης με νερό (water washing). Με τη μέθοδο της χημικής σταθεροποίησης με φωσφορικά μειώνεται η εκπλυσιμότητα του Pb αλλά και άλλων μετάλλων με μία απλή τεχνική και χωρίς να παράγονται υγρά απόβλητα. Η βασική αρχή είναι η δέσμευση των ρύπων σε σταθερές ενώσεις με τα φωσφορικά ιόντα μέσα στη μάζα της τέφρας. Ωστόσο, επειδή δεν πραγματοποιείται έκπλυση με νερό το επεξεργασμένο προϊόν διατηρεί τα άλατα που περιείχε το αρχικό υπόλειμμα. Η τεχνική της έκπλυσης με νερό χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση των διαλυτών αλάτων από τα υπολείμματα. Η έκπλυση με νερό συνήθως χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους. Ένας σημαντικός στόχος για τη μέθοδο είναι να χρησιμοποιηθεί, κατά το δυνατό, ο μικρότερος λόγος υγρού προς στερεό (Liquid/Solid – L/S) και ο μικρότερος χρόνος ανάδευσης. Τέλος, ένα από τα βασικά προβλήματα της έκπλυσης με νερό είναι η διαχείριση του υγρού αποβλήτου (wastewater) που παράγεται, καθώς εκτός από τα εύκολα διαλυτά άλατα απομακρύνονται από τα υπολείμματα και σημαντικές ποσότητες βαρέων μετάλλων.Οι δύο τεχνικές επεξεργασίας μελετήθηκαν αρχικά ξεχωριστά και στη συνέχεια σε συνδυασμό. Η επίδραση διάφορων παραμέτρων που επηρεάζουν την επεξεργασία, όπως η αναλογία φωσφορικών και τέφρας, η αναλογία υγρού προς στερεό, το pH, η σειρά που πραγματοποιούνται οι δύο τεχνικές και η χρήση διαφορετικής πηγής φωσφορικών διερευνήθηκαν πειραματικά με στόχο την ανάδειξη της βέλτιστης μεθόδου. Μετά από την επεξεργασία κάθε δείγμα ελέγχθηκε με τη δοκιμή έκπλυσης ΕΝ 12457/2 και το έκπλυμα αναλύθηκε πλήρως προς αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας κάθε μεθόδου επεξεργασίας. Επιπλέον, αναλύθηκε το υγρό απόβλητο που παράγεται από κάθε μέθοδο επεξεργασίας.Σύμφωνα με τα αποτελέσματα για την τέφρα ΑΣΑ για κάθε τεχνική χωριστά, η χημική σταθεροποίηση με φωσφορικό οξύ σταθεροποιεί αποτελεσματικά το Pb, ωστόσο τα TDS του εκπλύματος εξακολουθούν να υπερβαίνουν την οριακή τιμή. Επιπλέον, η έκπλυση της τέφρας με νερό οδηγεί σε σημαντική απομάκρυνση των αλάτων με αποτέλεσμα τη μείωση του βάρους της τέφρας κατά 12%. Στην περίπτωση που χρησιμοποιείται ΗΝΟ3 για τη ρύθμιση του pH κατά την έκπλυση η απομάκρυνση αλάτων είναι ακόμη μεγαλύτερη με αποτέλεσμα τη μείωση του βάρους της τέφρας κατά 22%. Μεμονωμένα οι δύο τεχνικές δεν επαρκούν για τη σταθεροποίηση της τέφρας και τη συμμόρφωση με τα νόμιμα όρια της δοκιμής έκπλυσης.Η διερεύνηση του συνδυασμού των δύο τεχνικών, οδήγησε στο σχεδιασμό μίας μεθόδου που οδηγεί στην επιτυχή σταθεροποίηση της τέφρας ΑΣΑ και τη συμμόρφωση με τα όρια των χώρων υγειονομικής ταφής μη επικίνδυνων αποβλήτων. Κατά τη μέθοδο αυτή, πρώτα πραγματοποιείται η χημική σταθεροποίηση με μια μικρή ποσότητα νερού και φωσφορικό οξύ 7% (κ.β. επί της ακατέργαστης τέφρας) και στη συνέχεια, σε δεύτερο στάδιο, η έκπλυση με το υπόλοιπο νερό (συνολικά 2.5 l/kg). Ο Pb σταθεροποιείται επιτυχώς, ώστε η συγκέντρωσή του στο έκπλυμα της επεξεργασμένης τέφρας να είναι πλέον πολύ χαμηλότερη από το νόμιμο όριο. Σημειώνεται ότι για τις μεθόδους που εξετάστηκαν για την τέφρα ΑΣΑ το pH του εκπλύματος εμφανίζει τιμές από 7.3 έως 10.8 και το γεγονός ότι ο Pb σταθεροποιείται επιτυχώς σε κάθε περίπτωση επιβεβαιώνει την επιτυχή σταθεροποίηση του Pb σε μεγάλο εύρος pH με τη χρήση φωσφορικού οξέος. Η συγκέντρωση και άλλων μετάλλων στο έκπλυμα επίσης μειώνεται, με εξαίρεση τη συγκέντρωση του Cr που αυξάνεται αλλά εξακολουθεί να είναι χαμηλότερη από το επιτρεπτό όριο. Επιπλέον, επιτυγχάνεται ικανοποιητική απομάκρυνση των περιεχόμενων αλάτων από την τέφρα στο υγρό απόβλητο με αποτέλεσμα τα TDS του εκπλύματος μετά την επεξεργασία να μην υπερβαίνουν το νόμιμο όριο. Δεν παρατηρείται αξιοσημείωτη μείωση του βάρους της τέφρας μετά την επεξεργασία, καθώς περίπου το 10% του βάρους της ακατέργαστης τέφρας απομακρύνεται κατά την έκπλυση των αλάτων στο υγρό απόβλητο ενώ προστίθεται ποσότητα φωσφορικού οξέος ίση με το 7% του βάρους της ακατέργαστης τέφρας. Τέλος, το υγρό απόβλητο της μεθόδου είναι το λιγότερο επιβαρυμένο με βαρέα μέταλλα συγκριτικά με τις υπόλοιπες μεθόδους που εξετάστηκαν. Επισημαίνεται ότι για την έκπλυση των αλάτων χρησιμοποιήθηκε πολύ μικρή ποσότητα νερού συγκριτικά με άλλες μελέτες έκπλυσης, με στόχο την παραγωγή όσο το δυνατόν μικρότερης ποσότητας υγρού αποβλήτου. Ελέγχθηκε, επιπλέον, στα ήδη επεξεργασμένα δείγματα ιπτάμενης τέφρας ΑΣΑ η χρήση ασβέστη και ασβεστοπολτού (Ca(OH)2), η οποία αποδείχθηκε ότι δεν οδηγεί σε περαιτέρω βελτίωση των μεθόδων επεξεργασίας που εξετάστηκαν στην παρούσα διατριβή, αλλά αντιθέτως σε ορισμένες περιπτώσεις οδηγεί σε αύξηση της εκπλυσιμότητας σημαντικά τοξικών στοιχείων, όπως το Cr, Sb και Se.Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων της δοκιμής έκπλυσης της τέφρας ΑΣΑ και της τέφρας ΙΑ, εντοπίζεται ως κύριο πρόβλημα και για τις δύο τέφρες η υψηλή εκπλυσιμότητα του Pb και των αλάτων. Με βάση αυτή την παρατήρηση και άλλες ομοιότητες σε φυσικοχημικά χαρακτηριστικά μεταξύ των δύο υπολειμμάτων, επιλέχθηκε η επιτυχής μέθοδος που αναπτύχθηκε για την τέφρα ΑΣΑ να εξεταστεί και για την επεξεργασία της τέφρας ΙΑ. Η αποτελεσματικότητα της μεθόδου μετά από μικρές τροποποιήσεις επιβεβαιώθηκε και με την επιτυχή σταθεροποίηση της ιπτάμενης τέφρας ΙΑ. Η παραλλαγή της μεθόδου, απαιτεί την ίδια ποσότητα φωσφορικού οξέος (7%) και χρήση μίας μικρής επιπλέον ποσότητας νερού (3 l/kg αντί 2.5 l/kg). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, ο Pb σταθεροποιείται επιτυχώς με αποτέλεσμα η συγκέντρωσή του στο έκπλυμα να είναι πολύ χαμηλότερη από το νόμιμο όριο, ενώ οι συγκεντρώσεις των υπόλοιπων μετάλλων παραμένουν χαμηλές και κάτω από τις οριακές τιμές. Η συγκέντρωση των TDS στο έκπλυμα μειώνεται εντυπωσιακά με αποτέλεσμα να είναι πλέον κάτω από το νόμιμο όριο. Για την επεξεργασμένη τέφρα ΙΑ παρατηρείται συνολικά μία μείωση βάρους της τάξης του 10% λόγω της απομάκρυνσης των αλάτων στο υγρό απόβλητο, καθώς περίπου το 20% του βάρους της ακατέργαστης τέφρας απομακρύνεται κατά την έκπλυση των αλάτων, ενώ προστίθεται ποσότητα φωσφορικού οξέος ίση με το 10% του βάρους της ακατέργαστης τέφρας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η μέθοδος μπορεί να σταθεροποιήσει με επιτυχία την ιπτάμενη τέφρα ΙΑ, προκειμένου να διατεθεί σε χώρο υγειονομικής ταφής για μη επικίνδυνα απόβλητα. Η επιπλέον χρήση φωσφορικού κατά την επεξεργασία αποδείχθηκε ότι οδηγεί στα ίδια αποτελέσματα εκπλυσιμότητας των μετάλλων και δεν οδηγεί σε περαιτέρω βελτίωση της ποιότητας του παραγόμενου υγρού αποβλήτου. Η παρούσα διατριβή, κατά τη διερεύνηση των μεθόδων επεξεργασίας, ανέδειξε το πρόβλημα της κινητοποίησης τοξικών μετάλλων όπως το Sb και το Se σε συγκεκριμένες αλλαγές στις συνθήκες της διεργασίας, τα οποία αποτελούν στοιχεία που στις περισσότερες μελέτες τις βιβλιογραφίας δεν περιλαμβάνονται στα μετρούμενα μέταλλα με αποτέλεσμα να μην αξιολογείται η προβληματική τους συμπεριφορά. Επιπλέον, τα πολύ αυστηρά όρια που έχει θέσει η ΕΕ για τα δύο αυτά μέταλλα, καθιστούν απαραίτητη την ανάλυσή τους κατά την αξιολόγηση μίας μεθόδου επεξεργασίας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης για τα εν λόγω μέταλλα, αποδείχθηκε ότι η έκπλυση με νερό ακολουθούμενη από σταθεροποίηση με φωσφορικό οξύ, η οποία αποτελεί τη συνήθη πρακτική στις λίγες μελέτες συνδυασμού των δύο μεθόδων, δεν οδηγεί σε επιτυχή σταθεροποίηση της ιπτάμενης τέφρας. Αντιθέτως, στη μέθοδο που οδήγησε σε επιτυχή σταθεροποίηση, η έκπλυση με νερό λαμβάνει χώρα μετά τη χημική σταθεροποίηση. Επιτυγχάνεται, λοιπόν, με μία απλή αλλαγή στη σειρά διεξαγωγής των δύο μεθόδων και χρησιμοποιώντας τις κατάλληλες παραμέτρους, να αναδειχθεί μία συνολικά αποτελεσματική μέθοδος επεξεργασίας.Συνοψίζοντας, η παρούσα μελέτη οδήγησε στην ανάδειξη μίας απλής και χαμηλού κόστους τεχνικής που επιτυγχάνει τη σταθεροποίηση της ιπτάμενης τέφρας ΑΣΑ και της ιπτάμενης τέφρας ΙΑ, σύμφωνα με τα νόμιμα όρια της ΕΕ, και μπορεί να αποτελέσει μία λύση στο πρόβλημα της διαχείρισής τους

A theoretical and computational study on ultrasound wave propagation in intact and healing bones - comparison with in-vitro measurements

[…] Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η υπολογιστική και θεωρητική μελέτη της διάδοσης κυματοδηγούμενων ρυθμών υπερήχων σε άθικτα και κατεαγότα οστά. Για το σκοπό αυτό αρχικά αναπτύχθηκε μια υπολογιστική μελέτη διάδοσης υπερήχων σε δισδιάστατα (2Δ) μοντέλα άθικτων και κατεαγότων οστών με ρεαλιστικές συνοριακές συνθήκες που προσομοιώνουν την ύπαρξη των υπερκείμενων μαλακών ιστών και του μυελού των οστών. Στην συνέχεια αναπτύχθηκε μια δεύτερη 2Δ μελέτη στην οποία προτάθηκε και αξιολογήθηκε μια εναλλακτική μέθοδος διάδοσης υπερήχων σε κατεαγότα οστά εφαρμόζοντας τους μετατροπείς στις βελόνες της ήδη υπάρχουσας συσκευής εξωτερικής οστεοσύνθεσης. Ως επέκταση των υπολογιστικών αυτών μελετών στις οποίες το οστό θεωρήθηκε ομογενές υλικό, στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναπτύχθηκε μια Τρίτη εργασία στην οποία μελετήθηκε η επίδραση της μικροδομής του οστού στη διάδοση των κυματοδηγούμενων ρυθμών με χρήση μια θεωρίας ελαστικότητας ανώτερης τάξης. Τα αποτελέσματα της θεωρητικής μελέτης χρησιμοποιήθηκαν για την ερμηνεία ex-vivo μετρήσεων σε πραγματικά άθικτα οστά. […

Ultrasonic monitoring of bone fracture healing

Quantitative ultrasound has attracted significant interest in the evaluation of bone fracture healing. Animal and clinical studies have demonstrated that the propagation velocity across fractured bones can be used as an indicator of healing. Researchers have recently employed computational methods for modeling wave propagation in bones, aiming to gain insight into the underlying mechanisms of wave propagation and to further enhance the monitoring capabilities of ultrasound. In this paper, we reviewthe relevant literature and present the current status of knowledge. © 2006 IEEE