為了充分利用氧氣，曝氣是在一個加盞密封的池中進行的，池子分為氣相部分與液相部分。為了使污水在池中形成穩定性好的幾個完全的混合區段，根據表面曝氣機的作用半徑大小，將純氧曝氣池分成互相連通的格，呈一系列凹段。污水、氧氣、回流污泥均從池的第一段流入。通過設于每段隔墻上部(氣一液交界面處)的氣窗及設于池底部隔墻上的液窗，氧氣、污水及回流污泥的混臺液，分別依次流入其它各段。通過曝氣生物氧化作用，使污水中的BOD逐段降低，同時氣相中的氧純度也逐步降低，即B0D與氧濃度是等梯度下降的。這樣既有利于污水中需氧量的滿足，又有利于氧搗充分利用，使排出尾氣中氧濃度降到經濟極限值。

在每段上，為了使得氣液充分混臺，配置有表面曝氣機。采用離心泵型式的葉輪，使池中水先沿葉輪上升，而后拋向周邊，形成小的水躍，再沿每段隔墻向下，后至池中心再向上，又經葉輪提升再拋向飼邊，這樣周而復始，連續運行。增快了氧向污水中的傳質速率，使污永得到很好的充氧效果。

為了得到比較好的水力條件，在池子每段底部都裝有一個十字形的整流板。為防止水躍波及池壁，消耗能量，影響液體穩定向下流動，在每段的一面隔墻上均設一塊防振板。 為了保證池子的密封性，出水槽做成水封槽。表面曝氣機的傳動軸穿越池頂部分，采用水槽進行軸封。取樣管、儀表安裝孔，均用淹沒套管進行封閉。 為了防止表面器氣機在攪拌污水的過程中，由于產生泡辣堵塞氣窗，在每段氣窗處設有消泡水管。通過位于池頂部的閥門、窺鏡掌握沖洗水量，使氣相部分暢通。

純氧曝氣的氧氣來源
　　
純氧曝氣活性污泥工藝處理污水的各工藝參數遠遠好于空氣曝氣活性污泥工藝，西方國家很多污水處理廠已采用純氧曝氣活性污泥工藝，并有成熟經驗，但這項技術在我國未得到廣泛應用，其主要原因是缺乏廉價氧氣。
　　
目前工業化制氧技術主要有兩種，一種是深冷空氣分離制氧，氧氣純度高，但制氧成本高，投資大，適用于大規模用氧場合; 另一種是變壓吸附制氧(簡稱PSA、VPSA制氧)，氧氣純度只有90% ～95%，但投資少，能耗低，適用于中小規模不需要高純度氧的場合。