Les valeurs de consigne sont générées par le PLC (automate programmable) à partir des données mesurées dans les eaux usées, principalement sous la forme de concentrations en ammoniac et nitrates. En complément, un système de commande intelligent régule l’ouverture des vannes de régulation de débit à diaphragme. Ces vannes se ferment lentement lorsque la saturation en oxygène dans l’eau des bassins respectifs est atteinte. Afin d’éviter que cette fermeture de vanne n’entraîne plus de résistance et une augmentation de la pression de service dans la tuyauterie, le PLC réduit en parallèle la pression de consigne « Autrement, nous détruirions le gain énergétique en utilisant des vannes de régulation de débit à diaphragme, car en cas de régulation par pression constante, les surpresseurs doivent fonctionner contre les pertes de charge générées par les vannes de régulation à diaphragme. Grâce à une commande de pression à curseur, nous régulons de façon bien plus intelligente et efficace », déclare Markus Haverkamp, ingénieur projet de la société de planification aquaconsult. Pour la charge de base du traitement biologique, qui est constitué d’un circuit de trois étapes de purification avec des bassins successivement aérés et non aérés, le bureau d’études basé à Hanovre (chargé des études et de la construction) a entre autres choisi un turbocompresseur AERZEN. 

Le type AT 150-0.8S-G5 atteint un débit volumique d'admission de 4 800 mètres cubes par heure avec une puissance nominale du moteur de 143 kW à une pression d'admission de 1 bar et une pression finale jusqu'à 1,8 bar. Pour Cord Utermann, ingénieur commercial chez AERZEN, les turbocompresseurs sont des machines parfaitement adaptées pour couvrir à moindre coût énergétique le besoin de base, et fonctionner en permanence à leur point de dimensionnement, car ils présentent alors un rendement optimal. « Comme pour toute technologie de type turbocompresseur, l’efficacité énergétique chute dès que les machines fonctionnent en charge partielle » explique Utermann.  Par conséquent, des solutions doivent être développées afin d’épurer avec la même efficacité énergétique des eaux usées plus ou moins chargées en polluants, en fonction du moment de la journée. L’optimisation de l’efficacité énergétique d’une station d'épuration implique que le besoin d’air supplémentaire par rapport à la charge de base soit couvert par des machines volumétriques telles que des surpresseurs à pistons rotatifs et des compresseurs à vis basse pression Delta Hybrid. Ces technologies sont performantes sur une large plage de régulation de débit de 25-100 % y compris lors du fonctionnement en charge partielle. Deux groupes AERZEN de type Delta Hybrid (D62S) et un Delta Blower (GM80L) font donc également partie du système d’association de machines imaginé sur la station d'épuration de Rheda-Wiedenbrück.

AERZEN a développé l’AERsmart afin que ce quartet ne couvre pas seulement l’oxygène nécessaire aux bassins d’aération grâce à un process sécurisé, mais génère aussi le volume d’air nécessaire de manière efficace en termes d’énergie dans le système composé. D’après Cord Utermann, « l’art de l’ingénierie du contrôle consiste à créer les transitions entre les domaines d’exploitation qui se chevauchent de façon aussi souple que possible et de façon à économiser de l’énergie lors de chaque charge possible, c.-à-d. à combiner les différentes machines de façon optimale. » D’après Markus Haverkamp, cela résulte du fait que « chaque charge respecte les besoins réels ». « Il y a toujours des pics ascendants et descendants. » Comme trois machines différentes avec des fourchettes de fonctionnement et des efficacités différentes sont utilisées dans la station d'épuration de Rheda-Wiedenbrück, leur fonctionnement doit être coordonné afin que « le nombre d’opérations de démarrage soit aussi faible que possible. En effet, les démarrages et arrêts répétitifs augmenteraient l’usure » précise l’ingénieur projet d’Aquaconsult. « Une distribution efficace de l’air entre les bassins d’aération (régulation par pression, en fonction de la teneur en NH4-N, du débit d’eaux usées…) et une sélection de la machine la plus efficace sont néccessaires pour atteindre l’efficacité globale maximale. La mise en œuvre est possible grâce au nouveau système de commande AERZEN. » 

La demande en oxygène au cours des trois étapes de nettoyage est la base de l’optimisation du système de commande avec le contrôle AERsmart. Les indicateurs principaux sont traités par l’automate central de l’usine et la pression de service cible est transférée par Profibus au système de commande des surpresseurs. L’AERsmart recherche alors la combinaison énergétique optimale des quatre groupes. « Le turbocompresseur exploité ici atteint par exemple le meilleur rendement lorsqu’il est chargé à 83 % » explique Cord Utermann. Si le besoin en air est inférieur, il peut s’avérer plus efficace d’éteindre la machine dédiée à la couverture de la charge de base et de couvrir le besoin en air relativement faible à l’aide des deux compresseurs Delta Hybrid. « Nos bactéries se soucient bien peu de la provenance de l’oxygène », dit Hendrik Wulfhorst en souriant. Le directeur de la station d'épuration souligne cependant que le turbocompresseur a été prévu avant la modernisation afin qu’il puisse couvrir les besoins quotidiens « normaux ».