随着青岛市娄山河片区城市发展速度的加快及污水管道截污工程的逐步完善，污水收集率逐渐提高，需处理污水量超出娄山河污水处理厂一期设计规模。同时，为配合好全市环胶州湾流域污染综合整治工作，青岛水务集团投资约3.5亿，对娄山河污水处理厂进行二期扩建，计划将污水日处理量由10万吨提升至15万吨，新建3万吨每日的中水回用设施。该扩建工程已于目前正式开工。
娄山河污水处理厂二期扩建工程主要服务于李沧区及白沙河以南的城阳区部分区域，改造后可满足66平方公里服务区内企业与居民的污水处理需求。二期工程采用AAO（厌氧-缺氧-好氧法）生物除磷脱氮及混凝沉淀过滤工艺，出水达到国家一级A标准，再生水近期主要用于河道补充用水、生产用水，远期考虑市政杂用水、热泵用水等，尾水排入胶州湾。
