一种城镇污水处理厂曝气池供氧节能系统，属于污水处理技术领域。该系统在曝气池顶部从下到上依次固定安装有底部氧化铝支撑板、氧化石墨烯基类气体分离膜和上部氧化铝支撑板，曝气池底部内部设有曝气管网，曝气管网通过通风管与曝气池外部的变频空气悬浮风机连接，在曝气池的上部设有压力传感器,在曝气池的中部或下部设有DO探头。该系统利用氧化石墨烯基类气体分离膜的氮气渗透通量远大于氧气渗透通量原理，使曝气池内氧气富集，氮气溢出池外，最大限度的使氧气留在曝气池中，同时根据曝气池液面上方的气压变化，利用PLC控制器实时调节可变频空气悬浮风机的频率，相应的风机曝气量将大幅度减少，以此达到供氧节能的目的。