Experimental analysis of n-butanol behaviour in seawater due to chemical release from marine shipwreck

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Experimental analysis of n-butanol behaviour in

seawater due to chemical release from marine shipwreck

L. Aprin, F. Heymes, M. Fuhrer, Pierre Slangen, G. Dusserre, Stephane Le

Floch

To cite this version:

L. Aprin, F. Heymes, M. Fuhrer, Pierre Slangen, G. Dusserre, et al.. Experimental analysis of

n-butanol behaviour in seawater due to chemical release from marine shipwreck. Chemical Engineering

Transactions, AIDIC, 2014, 36, pp.19-24. �10.3303/CET1436004�. �hal-02014364�

E x p eri m e nt al A n al y si s of n- B ut a n ol B e h a vi o ur i n S e a w at er

d u e t o C h e mi c al R el e a s e fr o m M ari n e S hi p wr e c k

L a ur e nt A pri n*

_{, Fr e d eri c H e y m e s}

_{, M el a ni e F u hr er}

_{, Pi err e Sl a n g e n}

_{, Gill e s}

D u s s err e

_{, St e p h a n e L e Fl o c h}

a_{I n stit ut e of Ri s k S ci e n c e ( L G EI/I S R), E c ol e d e s Mi n e s d’ Al è s, Al e s, Fr a n c e}

b _{C e ntre of D o c u m e nt ati o n, R e s e ar c h a n d E x p eri m e nt ati o n o n A c ci d e nt al W at er P oll uti o n ( C e dr e) , Br e st, Fr a n c e} l a ur e nt. a pri n @ mi n e s- al e s.fr

T hi s p a p er i s a c o ntri b uti o n t o t h e c h ar a ct eri s ati o n of c h e mi c al s s ol u bili z ati o n i n s e a w at er d u e t o m ari n e a c ci d e nt. E x p eri m e nt al t e st s w er e p erf or m e d at l ar g e l ab or at or y s c al e i n a l ar g e s e a w at er c ol u m n ( C E C) t o i n v e sti g at e t h e m a s s tr a n sf er pr o c e s s f or n- b ut a n ol r ele a s e. T hi s c ol u m n i s fitt e d wit h gl a s s wi n d o w s i n or d er t o vi s u ali z e t h e c h e mi c al b e h a vi o ur i n t h e w a t er c ol u m n. E x p eri m e nt s w er e p erf or m e d wit h n- b ut a n ol at l o w m a s s fl o w r at e t o p erf or m a dr o pl et fl o w a n d t o e v al u at e t h e s ol u bili z ati o n pr o c e s s e s at t h e dr o pl et s c al e. T h e m a s s tr a n sf er o c c ur s i n t h e b o u n d ar y l a y er w hi c h d e v el o p s o n t h e dr o pl et s urf a c e. T hi s s ol u bili z ati o n l a y er d et a c h e s fr o m t h e dr o pl et a n d g e n er at e s a p er si st e nt cl o u d of s ol u bili z ati o n i n t h e dr o pl et w a k e. T h e r e s ult s o n t h e v ari ati o n of dr o pl et di a m et er al o n g t h e C E C s h o w a d e cr e a s e of a f a ct or 1. 6 4 w hi c h c orr e s p o n d s t o a v ol u m e l o s s cl o s e t o 8 0 %. P h y si c s of t h e t w o p h a s e fl o w i s pr e s e nt e d a n d hi g hli g ht s t h e s ol u bili z ati o n pr o c e s s e s i n t h e w a k e of t h e dr o pl et s wit h tr aili n g e d g e s v orti c e s. T h e c o m p ari s o n of m e a s ur e m e nt s wit h Clift’ s c orr el a ti o n ( Clift, 2 0 0 5) f or dr o pl et ri si n g v el o cit y s h o w s a g o o d a gr e e m e nt f or d at a o bt ai n e d at t h e t o p of C E C b ut l ar g e di s cr e p a n ci e s o c c u r at t h e b ott o m. T hi s diff er e n c e c a n b e attri b ut e d t o t h e dr o pl et fl o w r e gi m e w hi c h c orr e s p o n d s t o a n o n- st ati o n ar y r e gi m e wit h dr o pl et s ri si n g t o t h e t er mi n al v el o cit y.

1. I ntr o d u cti o n

1. 1 M ariti m e c h e mi c al tr a n s p ort

Tr a n s p ort b y se a hi g hl y i n cr e a s e d i n r e c ent y e ar s, d u e t o e c o n o mi c r e a s o n s. It i s t h e o nl y s ol uti o n f or l o w-c o st w-c arri a g e of l ar g e q u a nt iti e s o v er l o n g di st a n w-c e s ( C ó w-c w-c ol a a n d M é n d e z, 2 0 1 3). T h e tr a n s p ort of c h e mi c al s b y se a r e pr e s e nt s 1 1 % of w orl d tr a d e. Si n c e 1 9 9 0, t h e s e tr a d e s w er e m ultipli e d b y 3. 5 a n d t h e f or e c a st s pr e di ct a n i n cr e a s e of 1 6 % b y 2 0 1 5.

T hi s i n cr e a s e i n m ariti m e tr a n s p ort g e n er at e s hi g hl y fr e q u e nt e d z o n e s b et w e e n t h e w orl d' s m aj or p ort s a s S tr ait s of M al a c c a, Si n g a p or e, H or m u z a n d Gi br alt ar, S u e z c a n al s a n d P a n a m a, M e dit err a n e a n S e a, E n gl i s h C h a n n e l a n d N ort h S e a. T h e c o m bi n ati o n of t h e s e n arr o w ar e a s wit h t h e h ig h d e n sit y tr affi c i n e vit a bl y i n cr e a s e s t h e ri s k of a c ci d ent al s pill s wit h s eri o u s e n vir o n m e n t al a n d h u m a n d a m a g e.

F or t h e E ur o p e a n z o n e an d Fr a n c e i n parti c ul ar, t h e C ha n n el a n d t h e M e dit err a n e a n s ea ar e t w o z on e s of i nt e n s e m ariti m e tr affi c. T h e C h a n n el c o n ce ntr at e s 2 0 % of gl o b al tr affi c a n d i s a n e ce s s ar y p a s sa g e f or s hi p v e s s el s li n ki n g t h e Atl anti c O c e a n t o t h e N ort h S e a. E v er y d a y, 7 00 t o 80 0 v e s s e l s p a s s t hr o u g h t h e Str ait of C al ai s a n d p ot e nt i all y d a n g er o u s c ar g o e s ( oil, c h e mi c al s, c o nt ai n er s ...) i s i n cre a si n g. T h e n u m b er of c h e mi c al s tr a n s p ort e d i n bul k ri s e d fr o m 3 0 Mt/ y i n 1 9 8 8 t o 1 5 0 Mt/ y i n 2 0 00. N e u p ar h i d e ntifi e s m a n y a c ci d e nt s d u e t o t h e i m port a nt tr affi c i n t hi s n arr o w ar e a wit h 86 a c ci d ent s o c c urr e d i n t h e C h an n e l a n d 7 0 % i n v ol v e d o il s pill s b et w e e n 1 9 6 0 a n d 2 0 0 7 ( N e up ar h et al., 2 0 1 2). M or e o v er, t h e n u m b er of a c ci d e nt s d e cr e a s e s alt h o u g h t h e v ol u m e tr a n s p ort e d i s i n cr e a si n g sin c e 1 9 8 5. T hi s d e cre a s e c an b e attri b ut e t o th e i m pr o v e m e nt of t h e s e c urit y tr a n s po rt ati o n ( B a h é, 2 0 0 8). H o w e v er, si n ce 1 9 9 0, t h e n u m b er of a c ci d e nt s wit h c h e mi c al s i n cr e a se s a n d i n v ol v e s n e w ri s k s ( e x pl o si o n, t o xi c r el e a s e s…). T h e I e v oli S u n s a n k a b o ut 1 6. 7 k m fr o m n ort h C a s q u et s b y 70 m of d e pt h wit h c h e m i c al s i n cl u di n g 3 9 9 8 t o n s of styr e n e, 1 0 2 7 t of m et h yl et h yl ket o n e ( M E K) a n d 9 9 6 t of i s o pr o p yl al c o h o l (I P A) ( L a w et al., 2 0 0 3). I n a d diti o n, t h e s hi p

c o nt ai n e d pr o p ul si o n f u el ( 1 6 0 t of I nt er m e di at e F u el Oil (I F O) a n d 2 2 0 t of di e s el). T h e r el e a s e q u a ntiti e s fr o m v e s s el w er e 4 0 0 t of St yr e n e, 1 0 0 t of M E K a n d 9 9 6 t of I P A. T hi s wr e c k i s n ot t h e o nl y e x a m pl e of a c h e mi c al l o s s, i n 2 0 0 1 t h e B al u s a n k wit h 8 0 0 0 t of s u lf uri c a ci d i n t h e B a y of Bi s c a y at 4, 6 0 0 m of d e pt h; i n 2 0 0 6, t h e E c e di s c h ar g e d 1 0, 0 0 0 t of p h o s p h ori c a ci d b y 7 0 m d ee p. T h e i m pr o v e m e nt of t h e ri s k s m a n a g e m e nt f or a t a n k er a c ci d e nt r e q uir e s t h e e v al u ati o n of c o n s e q u e n c e s at s h ort t er m f or t h e r e s c u e t e a m s a n d at l o n g t er m s t o d et er mi n e t h e i m p a ct o n h u m a n s a n d m ari n e e n vir o n m e nt ( N e u p ar h et al., 2 0 1 1). T o d eri v e t hi s, t h e diff er e nt q u a ntiti e s of di s s ol v e d, fl o ati n g a n d e v a p or ati n g p art s ar e r e q uir e d a n d d e p e n d s o n t h e p h y si c o- c h e mi c al p ar a m et er s of t h e c h e mi c al r el e a s e, o n t h e m ari n e a n d w e at h er f or e c a st s ( str e a m s, t e m p er at ur e, wi n d …) a n d o n ot h er v ari a bl e s a s t h e di stri b uti o n of dr o pl et s si z e or t h e ri si n g v el o cit y of c h e mi c al s. It n oti ce d t h at m a n y st u di e s e xi st o n s pill m o d elli n g at diff er e nt s c al e s ( Pri c e et al., 2 0 0 3, P all a z zi et al., 2 0 0 4 a n d W a n g et al., 2 0 1 0).

2.

Lit er at ur e s ur v e y

2. 1 C h e mi c al b e h a vi o ur i n s e a w at er

U p t o n o w, t h e i nt er n ati o n al r e g ul ati o n s g o v er ni n g t h e c arri a g e of H a z ar d o u s a n d N o xi o u s S u b st a n c e s ( H N S) ar e b a s e d o n a t h e or eti c al e v al u ati o n of t h e c h e mi c al b e h a vi o ur, t hr o u g h t h e St a n d ar d E ur o p e a n B e h a vi o ur Cl a s sifi c ati o n ( S E B C). S E B C c at e g ori z e s c h e mi c al s o n t h eir t h e or eti c al b e h a vi o ur i n w at er, t h e si n ki n g pr o d u ct ( S), t h e fl o ati n g pr o d u ct s ( F), di s s ol vi n g pr o d u ct ( D), t h e e v a p or ati n g pr o d u ct ( E) or a c o m bi n ati o n of t w o or t hr e e of t h e s e b e h a vi o ur s ( B o n n- A gr e e m e nt, 1 9 9 4). H o w e v er, t h e S E B C c o d e i s b a s e d o n p h y si c o- c h e mi c al pr o p erti e s ( d e n sit y, w at er s ol u bilit y a n d v a p o ur pr e s s ur e) of s u b st a n c e s t o d et er mi n e t h e t y pi c al b e h a vi o ur f oll o wi n g a s pill. T h e s e pr o p erti e s ar e o bt ai n e d i n t h e l a b or at or y u si n g st a n d ar d pr ot o c ol s ( s ol u bili z ati o n i s c h ar a ct eri z e d at s at ur ati o n c o n c e ntr a ti o n i n fr e s h w at er, at 2 0° C a n d at m o s p h eri c pr e s s ur e). T hi s d efi niti o n d o e s n ot t a k e i nt o a c c o u nt t h e ti m e f a ct or a n d m et e or ol o gi c al c o n diti o n s, w hi c h ar e t h e criti c al p ar a m et er s d uri n g s hi p wr e c k ( L e Fl o c h et al., 2 0 1 0). A c c or di n g t o Xi e, s ol u bili z ati o n i n s alt w at er i s a b o ut t w o ti m e s sl o w er t h a n i n fr e s h w at er ( Xi e et al., 1 9 9 7). T h u s t h e p ar a m et er s u s e d t o cl a s sif y c h e mi c al s i n t h e S E B C ar e f ar fr o m t h o s e e n c o u nt er e d at s e a d uri n g a m ari n e a c ci d e nt. If t h e S E B C m a y pr o v i d e a n i niti al a n s w er, st a k e h ol d er s i n c h ar g e of t h e a c ci d e nt c a n criti ci z e it s r e a di n g t o a s s e s s w h et h er t h e s p e cifi c e n vir o n m e nt of t h e a c ci d e nt will c h a n g e or n ot t h e r e s ult.

Fr o m a n o p er ati o n al p er s p e cti v e, t h e c h ar a ct eri z ati o n of t h e f at e of a c h e mi c al ri si n g i n t h e w at er c ol u m n fr o m d e pt h i s p o orl y e v al u at e d a n d r e q uir e s t h e d et er mi n ati o n of b a si s p ar a m eter s a s d ur ati o n of t h e r el e a s e, ri s e of t h e pr o d u ct i n t h e w at er c ol u m n, a m o u nt of pr o d u ct di s s ol v e d i n t h e w at er c ol u m n, a m o u nt of pr o d u ct r e a c hi n g s urf a c e. T hi s p a p er f o c u s e s o n t h e s ol u bili z ati o n pr o c e s s e s f or c h e mi c al dr o pl et r el e a s e i n w at er c ol u m n ( F u hr er et al., 2 0 1 2). Fi g ur e 1 r e pr e s e nt s t h e ri si n g of n- b ut a n ol dr o pl et i n w at er. T h e s ol u bili z ati o n pr o c e s s a n d t h e m a s s tr a n sf er o c c u r i n t h e b o u n d ar y l a y er at t h e dr o pl et s urf a c e w hi c h i s e n h a n c e d b y fri cti o n a n d dr o pl et v el o cit y. T hi s s ol u bili z ati o n l a y er d et a c h e s fr o m t h e dr o pl et a n d g e n er at e s a p er si st e nt cl o u d of s ol u bili z ati o n. T ur b ul e n c e s a n d r e cir c ul ati o n c ell s b e hi n d t h e dr o p s pr e s e nt c o h er e nt str u ct ur e s u c h a s v ort e x w hi c h c a n b e c o m p ar e d t o t h o s e o b s er v e d b y ( E h ar a et al., 1 9 9 3), a n d o bt ai n e d wit h n u m eri c al si m ul ati o n b y ( B ä u ml er et al., 2 0 1 1).

Fi g ur e 1. Ill u str ati o n of s ol u bili z ati o n pr o c e s s f or n- b u t a n ol dr o pl et ri si n g i n s e a w at er. T h e dr o pl et pi ct ur e i s o bt ai n e d b y Dir e ct S h a d o w gr a p h y I m a gi n g t e c h ni q u e ( F u hr er et al., 2 0 1 2). Dr o p m o u v e m e nt dir e cti o n S ol u bl e c h e mi c al dr o p M a s s tr a n sf er l a y er L a y er d et a c h m e nt P er si st e nt cl o u d s ol u bili z ati o n Tr aili n g e d g e v orti c e s

3. M at eri al s a n d m et h o d s

3. 1 D e s cri pti o n of e x p eri m e nt al d e vi c e

T h e e x p eri m e nt al t e st s w er e p erf or m e d i n t h e C e dr e E x p eri m e nt al C ol u m n ( C E C), w hi c h i s a 4 m hi g h h e x a g o n al c ol u m n wit h a di a m et er of 0. 8 m a n d a t ot al c a p a cit y of 2, 7 7 0 L. It c a n b e fill e d wit h fr e s h or s e a w at er a n d i s a bl e t o st u d y t h e b e h a vi o ur of b u b bl e s, dr o p s or o bj e ct ri si n g u p or f alli n g i n a w at er c ol u m n. C E C i s e q ui p p e d wit h f o ur f ull l e n gt h gl a s s wi n d o w s t o p erf or m o b s er v ati o n. T h e i nj e cti o n n o z zl e pr e s e nt s a cir c ul ar n o z zl e of 4. 5 5 m m of i nt er n al di a m et er a n d i s l o c at e d at t h e b ott o m a n d at c e ntr e of t h e c ol u m n. I nj e cti o n i s c o n n e ct e d t o a g e ar p u m p t o i nj e ct c h e mi c al s at a r e g ul ar a n d a c c ur at e fl o w r at e i n a r a n g e b et w e e n 1 2 0 m L/ mi n t o 3 0 0 m L/ mi n. T o p erf or m t hi s st u d y, n- b ut a n ol w a s u s e d t o r e pr e s e nt t h e c h e mi c al r el e a s e. T hi s pr o d u ct i s li q ui d wit h a d e n sit y l o w er t h a n s e a w at er a n d it h a s b e e n s el e ct e d a c c or di n g t o t h e fr e q u e n c y of tr a n s p ort ati o n, a c ci d e nt s a n d it s h a z ar d o u s n at ur e. T h e p h y si c o- c h e mi c al pr o p erti e s u s e d f or n- b ut a n ol ar e o bt ai n e d b y B ert a ki s ( B ert a ki s et al., 2 0 1 0) a n d ar e li st e d o n T a bl e 1.

T a bl e 1. P h y si c o- c h e mi c al pr o p erti e s of n- b ut a n ol n- b ut a n ol B e h a vi or i n w at er S ol u bl e C A S n u m b er 7 1- 3 6- 3 D e n sit y [ k g/ m 3] 8 4 5. 4 4 H y dr o s ol u bilit y at 2 0 ° C [ g/ L] 7 7 I nt erf a ci al e t e n si o n at 2 0 ° C [ m N/ m] 1. 6 3 D y n a mi c vi s c o sit y at 2 0 ° C [ m P a. s] 3. 2 8 3. 2 O pti c al s et- u p

F or t h e pr e s e nt i n v e sti g ati o n, t w o di ff er e nt o pti c al d e vi c e s w er e u s e d t o hi g hli g ht t h e v ari ati o n s of dr o pl et s r efr a cti v e i n d e x a n d t o m e a s ur e t h e v el o cit y a n d t h e dr o pl et di a m et er at diff er e nt l e v el i n t h e c ol u m n ( Fi g ur e 2). A l ar g e s c al e “ E d g ert o n” r etr o-r efl e cti v e s h a d o w gr a p h y s y st e m n a m e d P ur e I n Li n e S h a d o w gr a p h y ( PI L S) i s u s e d at t h e b ott o m a n d t h e t o p of t h e c ol u m n t o vi s u ali z e t h e dr o pl et s fl o w i n t h e c ol u m n. T hi s s y st e m w a s i niti all y d e v el o p e d b y E d g ert o n ( E d g ert o n, 1 9 5 8), a n d m o difi e d b y S ettl e s ( S ettl e s et al., 2 0 0 5). A s e c o n d s y st e m b a s e d o n Dire ct S h a d o w gr a p h y I m a gi n g ( D SI) i s u s e d t o v ali d at e t h e d at a o bt ai n e d b y PI L S. T hi s m et h o d i s p erf or m e d wit h c olli m at e d s o ur c e ali g n e d o n t h e o pti c al a xi s of mi d dl e c a m er a. All t h e d et ail e d e x pl a n ati o n s of e x p eri m e nt al s et u p a n d o pti c al c h ar a ct eri sti c s ar e pr e s e nt e d i n pr e vi o u s w or k s ( A pri n et al., 2 0 1 3).

Fi g ur e 1. P o siti o n of t h e o pti c al s et- u p ( P ur e I n Li n e S h a d o w gr a p h y a n d Dir e ct S h a d o w gr a p h y I m a gi n g) R etr o-r efl e cti v e s cr e e n

R etr o-r efl e cti v e s cr e e n T o p c a m

Mi d dl e c a m

C olli m at e d li g ht s o ur c e

4. R e s ult s a n d di s c u s si o n

Fi g ur e 2 ill u str at e s t h e v ari ati o n of e q ui v al e nt di a m et er b et w e e n b ott o m a n d t o p of t h e c ol u m n. T h e e q ui v al e nt di a m et er i s o bt ai n e d b y vi s u al m e a s ur e m e nt s a n d c orr e s p o n d s t o t h e dr o pl et s wi dt h. E a c h d at a r e pr e s e nt s t h e v ari ati o n of m e a n di a met er f or t h e s a m e dr o pl et. T h e s e fi g ur e s cl e arl y s h o w t h e d e cr e a s e of dr o pl et s di a m et er b et w e e n 4. 2 m m at t h e b ott o m t o 2. 4 m m at t h e t o p. T h u s t h e e q ui v al e nt di a m et er i s di vi d e d b y a f a ct or of 1. 7 6 b et w e e n b ott o m a n d t o p, li n k e d t o dr o pl et v ol u m e d e cr e a s e of a b o ut 8 2 %.

Fi g ur e 2. V ari ati o n of e q ui v al e nt di a m et er f or n- b ut a n ol/ s e a w at er s y st e m b et w e e n b ott o m t o t o p of C E C Pi ct ur e s of n- b ut a n ol, at t h e b ott o m a n d t o p of t h e c ol u m n ar e pr e s e n t e d o n Fi g ur e 4. T h e s e pi ct ur e s ar e o bt ai n e d fr o m pr e vi o u s w or k s wit h n- b ut a n ol a n d D SI t e c h ni q u e ( F u hr er et al., 2 0 1 2). At t h e b ott o m ( Fi g ur e 4 a), gr o u p s of dr o pl et s h a v e v ari e d si z e s wit h p arti c u l arl y l ar g e str u ct ur e s. At t h e t o p ( Fi g ur e 4 b), t h e s e l ar g e str u ct ur e s h a v e c o m pl et el y di s a p p e ar e d b y s ol ubili z ati o n a n d fr a g m e nt ati o n, a n d s m all dr o p s w er e e ntir el y s ol u bili z e d. It h a s t o b e n oti c e d o n b ot h i m a g e s t h at t h e cl o u d of s ol u bili z ati o n i s vi si bl e aft er t h e p a s s a g e of dr o p s.

Fi g ur e 4. I m a g e s of n- b ut a n ol ri si n g dr o pl et i n s e a w at er o bt ai n e d b y D SI t e c h ni q u e, ( a) pi ct ur e o bt ai n e d b y t h e b ott o m c a m er a, ( b) pi ct ur e o bt ai n e d b y t h e t o p c a m er a ( F u hr er et al., 2 0 1 2).

Fi g ur e 3 Fi g ur e 3 r e pr e s e nt s t h e v ari at i o n of dr o pl et ri si n g v el o cit y b et w e e n b ott o m a n d t o p of t h e c ol u m n a n d t h e c o m p ari s o n wit h Clift’ s t h e or y ( Clift, 2 0 0 5). Clift h a s s h o w n t h e s h a p e of fl ui d p arti cl e s c o ul d b e a p pr o xi m at e d b y a s p h er e f or s m all si z e r a n g e ( s m all er t h a n 1 m m), a n elli p s oi d i n t h e i nt er m e di at e si z e r a n g e ( 1 m m t o 1 5 m m), a n d a s p h eri c al- c a p i n t h e l ar g er si z e r a n g e. Clift pr o p o s e d s e v er al c orr el ati o n s

Dr o pl et n u m b er T o p B ott o m Eq ui va le nt di a me te r [ c m]

d e p e n di n g o n t h e diff er e nt r e gi m e s of dr o pl et s h a p e. F or t h e pr e s e nt st u d y, t h e r e gi m e of elli p s oi d al s h a p e i s r et ai n s b e c a u s e dr o pl et s di a m et ers ar e i n t h e r a n g e of 2 t o 5 m m. T h e dr o pl et v el o cit y f or t hi s r e gi m e c a n b e d eri v e d fr o m: = , _{− 0, 8 5 7} ( 1) W h er e = 0, 9 4 , _{2 < ≤ 5 9, 3 ( 2)} = 3, 4 2 , _{> 5 9, 3 1. ( 3)} = 4₃ , , _{2. ( 4)}

Wit h µ c= d y n a mi c vi s c o sit y of c o nti n u e p h a s e; µw= d y n a mi c vi s c o sit y of w at er ( µw = 0. 9 m P a. s), ρc= d e n sit y

of c o nti n u e p h a s e; M o = M ort o n n u m b er; a n d E o = E öt v o s n u m b er.

Fi g ur e 3 i s a c o m p ari s o n of e x p eri m e nt al d at a of n- b ut a n ol dr o pl et v el o cit y ri si n g i n t h e C E C a n d Clift’ s t h e or y. T hi s fi g ur e cl e arl y s h o w s a ri si n g v el o cit y i n a r a n g e b et w e e n 7. 5 c m/ s t o 1 0. 5 c m/ s. T h e c o m p ari s o n wit h Clift’ s c orr el ati o n pr e s e nt s a g o o d a gr e e m e nt f or d at a o bt ai n e d at t h e t o p of C E C b ut a l ar g e di s cr e p a n c y e xi st s f or t h o s e o bt ai n e d at t h e b ott o m. T hi s c a n b e e x pl ai n e d b e c a u s e dr o pl et s h a v e n ot r e a c h e d t h e t er mi n al v el o cit y at t hi s l e v el.

Fi g ur e 3. V ari ati o n of ri si n g v el o cit y v s. e q ui v al e nt di a m et er at diff er e nt l e v el s i n t h e C E C, a n d c o m p ari s o n wit h Clift’ s t h e or y.

5. C o n cl u si o n

T hi s p a p er i s a c o ntri b uti o n t o t h e c h ar a ct eri z ati o n of c h e mi c al s s ol u bili z ati o n i n s e a w at er d u e t o m ari n e a c ci d e nt. E x p eri m e nt al t e st s w er e p erf or m e d at l ar g e l a b or at or y s c al e i n a h u g e s e a w at er c ol u m n ( C E C) t o i n v e sti g at e t h e m a s s tr a n sf er pr o c e s s f or n- b ut a n ol r el e a s e. T w o diff er e nt o pti c al s y st e m s w er e d e v el o p e d t o hi g hli g ht t h e s ol u bili z ati o n pr o c e s s. T h e s e e x p eri m e nt al d e vi c e s ar e o b vi o u sl y w ell a d a pt e d f or t hi s a n al y si s a n d yi el d t o s e v er al c o n cl u si o n s. T h e pr o p o s e d a p pr o a c h e d i n v ol v e s a b ett er e sti m ati o n of t h e s ol u bili z ati o n pr o c e s s e s of c h e mi c al s i n s e a w at er. I n c o m p ari s o n wit h t h e S E B C m et h o d t h at i s p erf or m e d at l a b or at or y s c al e wit h s m all q u a ntit y of c h e mi c al s a n d fr e s h w at er, t hi s st u d y i s m or e r e pr e s e nt ati v e of i n- sit u r el e a s e a n d t e n d s t o b ett er e sti m at e t h e c h e mi c al m a s s r e a c hi n g t h e s urf a c e. Fr o m a gl o b al s c al e, dr o pl et di a m et er s w er e m e a s ur e d a n d cl e arl y s h o w a d e cr e a s e of a f a ct or 1. 6 4 al o n g t h e C E C w hi c h c orr e s p o n d t o a v ol u m e r e d u cti o n of al m o st 8 0 %. T h e c o m p ari s o n of m e a s ur e m e nt s wit h Clift’ s c orr el ati o n f or dr o pl et ri si n g v el o cit y s h o w s a g o o d a gr e e m e nt f or d at a o bt ai n e d at t h e t o p of C E C b ut l ar g e Dr op le t ve lo cit y [ m/ s] E q ui v al e nt di a m et er [ m m] T o p B ott o m Clift’ s t h e or y

di s cr e p a n ci e s o c c ur at t h e b ott o m. F ut ur e w or k s will f o c u s e d o n t hi s criti c al p art a n d will r e q uir e n e w e x p eri m e nt s wit h ot h er c h e mi c al s t o s h ar pl y d et er mi n e t h e ri si n g v el o cit y a n d m a s s tr a n sf er r at e f or m a s si v e r el e a s e, i n or d er t o pr o p o s e a n e w m et h o d ti e sti m at e t h e c o n s e q u e n c e s f or fir st r e s p o n d er s. A c k n ol wl e d g m e nt

T h e a ut h or s ar e gr at ef ul t o t h e Fr e n c h N a v y f or t h e fi n a n ci al s u p p ort a n d h el pf ul c oll a b or ati o n. R ef er e n c e s

A pri n, L., F u hr er, M., H e y m e s, F., Sl a n g e n, P., D u s s e rr e, G. & L e Fl o c h, S., 2 0 1 3. C h ar a ct eri z ati o n of c h e mi c al r el e a s e fr o m m ari n e a c ci d e nt — e x p eri m e n t al a n al y si s of n- b ut a n ol b e h a vi or i n s e a w at er c ol u m n. I n Pr o c. 2 2t h E S R E L c o nf er e n c e. A m s er d a m, N et h erl a n d.

B a h é S., 2 0 0 8. L e s p oll uti o n s m ariti m e s a c ci d e nt ell e s e n Fr a n c e: ri s q u e s, pl a nifi c ati o n, g e sti o n d e cri s e. U ni v er sit é d e Br et a g n e o c ci d e nt al e.

B ä u ml er, K., W e g e n er, M., P a s c h e d a g, A. R., B ä n s c h, E., 2 0 1 1. Dr o p ri s e v el o citi e s a n d fl ui d d y n a mi c b e h a vi or i n st a n d ar d t e st s y st e m s f or li q ui d/li q ui d e xtr a cti o n - e x p eri m e nt al a n d n u m eri c al i n v e sti g ati o n s. C h e mi c al E n gi n e eri n g S ci e n c e, 6 6( 3), p p. 4 2 6 – 4 3 9.

B ert a ki s, E., Gr o b, S., Gr a n d e, J., F ort m ei er, O., R e u s k e n, A., Pf e n ni g, A., 2 0 1 0. V ali d at e d si m ul ati o n of dr o pl et s e di m e nt ati o n wit h fi nit e- el e m e nt a n d l e v e l- s et m et h o d s. C h e mi c al E n gi n e eri n g S ci e n c e, 6 5( 6), p p. 2 0 3 7 – 2 0 5 1.

B o n n- A gr e e m e nt, 1 9 9 4. H a z ar d o u s m at eri al s pill s. C o u nt er p oll uti o n m a n u al f or i n ci d e nt s i n v ol vi n g H a z ar d o u s a n d N o xi o u s S u b st a n c e s ( H N S), L o n d o n.

Clift, R., 2 0 0 5. B u b bl e s, dr o p s, a n d p ar ti cl e s A c a d e mi c P., Mi n e ol a, N. Y. : D o v er P u bli c ati o n s, 2 0 0 5. C ó c c ol a, M. E. & M é n d e z, C. A., 2 0 1 3. L o gi sti c s M a n a g e m e nt i n M ariti m e Tr a n s p ort ati o n S y st e m s. , 3 2,

p p. 1 2 9 1 – 1 2 9 6.

E d g ert o n, H. E., 1 9 5 8. S h o c k W a v e P h ot o gr a p h y of L ar g e S u bj e ct s i n D a yli g ht. R e vi e w of S ci e ntifi c I n str u m e nt s, 2 9( 2), p p. 1 7 1 – 1 7 2.

E h ar a, N., K oji m a, K. & M ori, Y. H., 1 9 9 3. Vi z u ali s ati o n st u d y of e v a p or ati o n of si n gl e n- p e nt a n e dr o p s i n w at er. E x p eri m e nt s i n Fl ui d s, 1 4, p p. 9 7 – 1 0 3.

L e Fl o c h, S., F u hr er, M., M erli n, F. X., A pri n, L., Sl a n g e n, P. & M o uri e s, M., 2 0 1 0. F at e of a X yl e n e Sli c k at S e a a n d I nfl u e n c e of M et e- or ol o gi c al C o n diti o n s . I n Pr o c. of 3 3r d A M O P T e c h ni c al S e mi n ar o n E n vir o n m e nt al C o nt a mi n ati o n a n d R e s p o n s e. H alif a x.

F u hr er, M., A pri n, L., L e Fl o c h, S., Sl a n g e n, P. & D u s s err e, G., 2 0 1 2. B e h a vi or of c h e mi c al s i n s e a w at er c ol u m n b y s h a d- o w s c o p y. I n S PI E 8 4 1 3, S p e c kl e 2 0 1 2: V I nt er n ati o n al C o nf er e n c e o n S p e c kl e M etr ol o g y.

L a w, J. L., K ell y, C., M att hi e s s e n, P ., Al dri d g e, J., 2 0 0 3. T h e l o s s of t h e C h e mi c al t a n k er I e v oli S u n i n t h e E n gli s h C h a n n el, O ct o b er 2 0 0 0. M ari n e P oll uti o n B ull eti n, 4 6, p p. 2 5 4 – 2 5 7.

N e u p art h, T., M or eir a, S., S a nt o s, M. M. & R e i s- H e nri q u e s, M. A., 2 0 1 1. H a z ar d o u s a n d N o xi o u s S u b st a n c e s ( H N S) i n t h e m ari n e e n vir o n m e nt  : Pri oriti zi n g H N S t h at p o s e m aj or ri s k i n a E ur o p e a n c o nt e xt. M ari n e P oll uti o n B ull eti n, 6 2( 1), p p. 2 1 – 2 8.

N e u p art h, T., M or eir a, S., S a nt o s, M. M. & R ei s- H e n ri q u e s, M. A., 2 0 1 2. R e vi e w of oil a n d H N S a c ci d e nt al s pill s i n e ur o p e: I d e ntif yi n g m aj or e n vir o n m e nt al m o nit ori n g g a p s a n d dr a wi n g pri oriti e s. M ari n e P oll uti o n B ull eti n, 6 4, p p. 1 0 8 5 – 1 0 9 5.

Pri c e J. M., J o h n s o n W. R., M ar s h all C. F., Ji Z- J. & R ai n e y G. B., 2 0 0 3, O v er vi e w of t h e Oil S pill Ri s k A n al y si s ( O S R A) M o d el f or E n vir o n m e nt al I m p a ct A s s e s s m e nt, S pill S ci e n c e & T e c h n ol o g y B ull eti n 8, 5 2 9- 5 3 3.

P al a z zi E., C urr ò F. & F a bi a n o B. 2 0 0 4. Si m plifi e d M o d elli n g f or Ri s k A s s e s s m e nt of H y dr o c ar b o n S pill s i n P ort Ar e a, Pr o c e s s S af et y a n d E n vi r o n m e nt al Pr ot e cti o n 2, 4 1 2- 4 2 0

W a n g J., S h e n Y., 2 0 1 0, M o d eli n g oil s pill s tr a n s p ort ati o n i n s e a s b a s e d o n u n str u ct ur e d gri d, fi nit e-v ol u m e, w a e-v e- o c e a n m o d el O c e a n M o d elli n g 3 5, 3 3 2- 3 4 4.

S ettl e s, G. S., Gr u m p str u p, T. P., Mill er, J. D., H ar g at h er , M. J., D o d s o n, L. J., G att o, J. A., 2 0 0 5. F ull- s c al e hi g h- s p e e d“ E d g ert o n” r etr or efl e cti v e s h a d o w gr a p h y of e x pl o si o n s a n d g u n s h ot s. I n Pr o c. of 5t h P a cifi c S y m p. o n Fl o w Vi s u ali s ati o n a n d I m a g e Pr o c e s si n g. D a y dr e a m I sl a n d, A u st ali a.

Xi e, W.- H., S hi u, W.- Y. & M a c k a y, D., 1 9 9 7. A r e vi e w of t h e eff e ct of s alt s o n t h e s ol u bilit y of or g a ni c c o m p o u n d s i n s e a w at er. M ari n e E n vir o n m e nt al R e s e ar c h, 4 4( 4), p p. 4 2 9 – 4 4 4.