一體化污水處理設備對曝氣系統的總的要求是，能使水流均勻地流經氧化池和載體填料，充氧效果好，能耗低，維護管理方便。按曝氣和填料的關系分，有在填料外曝氣和填料下均布曝氣兩種。目前國內常用均布曝氣，這種曝氣方式可使填料各部分均勻地附著生物膜，可以適當地剝落污泥使填料不易堵塞。由于空氣與填料直接接觸，因而可以提高氧的利用率。按供氣方式分有鼓風曝氣、機械曝氣和射流曝氣。目前國內用得較多的是鼓風曝氣，這種方式動力效率較高，供氣量較易控制，脫落生物膜沉淀性能較好，但是氧利用率較低，風機選用不當時噪聲較大。射流曝氣在國內用得不多，這種方法氧利用率較高，管理方便，噪聲低，但動力效率較低，脫落生物膜易被擊碎，質輕上浮。
鼓風曝氣機由風機和管路及空氣擴散設備組成，空氣的均布是通過空氣擴散設備來實現的。空氣擴散設備的性能不僅影響廢水生物處理的效果，而且關系到處理設備的投資、電耗和運行費用。因此，近30年特別是20世紀80年代以來，由于能源緊張，對空氣擴散設備的改進和研制是人們關心的問題。目前空氣擴散設備常采用的是穿孔管、曝氣器和曝氣軟管。散流式曝氣器是80年代推出的曝氣器的一種，由于有齒形散流罩及導流隔板，對氣泡切割混合效果較好，氧的利用率為7%-8%，服務面積1-4m2。無論從技術性能或經濟效益來看，這都是目前國內較為理想的曝氣器。
穿孔曝氣管曝氣系統擴散出來的氣泡較大，氧的利用率較低，一般為5%-6%，但其阻力損失較小，對水流的擾動程度較大，孔眼不易堵塞，且構造簡單，施工安裝、養護管理方便。而微孔曝氣器雖然氧的利用率較高（一般為12%-15%），但去易堵塞、破損，運行一段時間后出氣不易均勻，且當來水濁度較高時下部填料容易堵塞。應采用質量較好的可張微孔曝氣器。
在一體化污水處理設備處理廢水有機物濃度較高、氣水比較大時，充氧所需的曝氣量往往已能滿足單位面積上的最低曝氣強度的需要，就無需提高曝氣量了。