随着神木县城乡一体化进程的加快，城区人口急剧增长，生活污水急剧增多，2010年底神木县污水处理厂进口流量已超过2万吨，污水处理厂在两套系统全部投入满负荷和超负荷运行的情况下，尚有部分污水不能处理而直接排放。
2011年底，针对县城污水流量增大的现状和长远规划要求，陕西玉林集团以BOT模式对污水厂进行二期工程扩建和一期升级改造并同步建设再生水回用工程，该三项工程在一期工程预留的场地上建设，项目于2012年4月开工建设，计划2012年10月全部建成投入试生产。
二期扩建工程采用“CASS+纤维转盘滤池+二氧化氯消毒”工艺，建设规模为日处理污水3万吨，设计出水水质达到《城镇污水处理污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准,一期升级改造工程采用“A2O+纤维转盘滤池+二氧化氯消毒”工艺，一期升级改造后，一期工程日处理能力将提高到3万吨，出水水质将由一级B标准提高到一级A标准。再生水回用工程采用“BAF+纤维转盘滤池+二氧化氯消毒”工艺，再生水回用工程设计规模为日处理中水6万吨。（神木新闻 中国污水处理工程网）
