西安市第二污水处理厂现状为15万m3/d二级生物处理和5方m3/d的深度处理,分别于1998年和2003年投入运行。随着城市化的不断发展,为了控制污染,服从渭河治理规划,现有设施已远远不能满足服务范围形成的污水流量,二期扩建工程建设十分必要,刻不容缓。论文分析确定了二期工程扩建的水量、水质；综合比选了污水、污泥处理工艺和主要构筑物的方案优化；着重对水处理生物处理系统的工艺特点和主要参数进行分析研究和计算。得到以下研究成果：(1)采用供水水量及管网普及率,结合服务区系统流量实测,并进一步采用新的进水水质核算现状设施处理能力,确定二期工程污水处理构筑物规模为20万m3/d,终期2025年规模45万m3/d。(2)基于一期工程运行进水水质数据,运用Minitab统计软件,通过累计频率分析,配合以全服务面积污水水质实测数据,综合确定污水处理厂进水水质参数为BOD5=240mg/l,CODcr=450mg/l,SS=380mg/l,NH3-N=35mg/l,TP=7.5mg/l。(3)以处理水量和进水水质要求为依据,结合污水处理厂现状,通过方案比较,污水处理采用厌氧选择池+DE型氧化沟工艺；统筹考虑一、二期污泥,确定采用重力浓缩+中温一级厌氧消化+机械脱水污泥处理工艺。(4)采用污泥负荷法、污泥龄法和动力学参数法进行比较和计算分析,采用动力学参数法计算氧化沟总容积为162,243m3,其中缺氧池容积占30%；采用运行周期8h,一个周期中,每条沟好氧曝气5.5h,缺氧2.5h。(5)采用上述确定的污水、污泥处理工艺,单位经营成本为每吨水0.55元,工程有着良好的社会及经济效益。(6)统筹现状一期工艺运行情况及二期、终期规模,结合今后污水厂升级改造要求,对污水厂分期建设进行规划布局,力求诸期工艺衔接顺畅,分期建设互相干扰最少；对本次二期工程进行平面布置。