为了充分利用氧气，曝气是在一个加盏密封的池中进行的，池子分为气相部分与液相部分。为了使污水在池中形成稳定性好的几个完全的混合区段，根据表面曝气机的作用半径大小，将纯氧曝气池分成互相连通的格，呈一系列凹段。污水、氧气、回流污泥均从池的第一段流入。通过设于每段隔墙上部(气一液交界面处)的气窗及设于池底部隔墙上的液窗，氧气、污水及回流污泥的混台液，分别依次流入其它各段。通过曝气生物氧化作用，使污水中的BOD逐段降低，同时气相中的氧纯度也逐步降低，即B0D与氧浓度是等梯度下降的。这样既有利于污水中需氧量的满足，又有利于氧捣充分利用，使排出尾气中氧浓度降到经济极限值。

在每段上，为了使得气液充分混台，配置有表面曝气机。采用离心泵型式的叶轮，使池中水先沿叶轮上升，而后抛向周边，形成小的水跃，再沿每段隔墙向下，后至池中心再向上，又经叶轮提升再抛向饲边，这样周而复始，连续运行。增快了氧向污水中的传质速率，使污永得到很好的充氧效果。

为了得到比较好的水力条件，在池子每段底部都装有一个十字形的整流板。为防止水跃波及池壁，消耗能量，影响液体稳定向下流动，在每段的一面隔墙上均设一块防振板。 为了保证池子的密封性，出水槽做成水封槽。表面曝气机的传动轴穿越池顶部分，采用水槽进行轴封。取样管、仪表安装孔，均用淹没套管进行封闭。 为了防止表面器气机在搅拌污水的过程中，由于产生泡辣堵塞气窗，在每段气窗处设有消泡水管。通过位于池顶部的阀门、窥镜掌握冲洗水量，使气相部分畅通。

纯氧曝气的氧气来源
　　
纯氧曝气活性污泥工艺处理污水的各工艺参数远远好于空气曝气活性污泥工艺，西方国家很多污水处理厂已采用纯氧曝气活性污泥工艺，并有成熟经验，但这项技术在我国未得到广泛应用，其主要原因是缺乏廉价氧气。
　　
目前工业化制氧技术主要有两种，一种是深冷空气分离制氧，氧气纯度高，但制氧成本高，投资大，适用于大规模用氧场合; 另一种是变压吸附制氧(简称PSA、VPSA制氧)，氧气纯度只有90% ～95%，但投资少，能耗低，适用于中小规模不需要高纯度氧的场合。