本文以西咸新区空港北区污水处理厂为案例，对城市规划区污水处理厂设计及处理工艺进行优化。通过分析西咸新区空港北区污水处理厂工程建设的背景、必要性、服务区域概况、服务区域供排水现状及规划、服务区域的服务人口、功能定位及用地结构等，合理确定了污水处理厂工程的工程规模、设计水质，提出处理工艺并进行了工艺优化，并进行了投资估算及成本分析。研究结果表明：西咸新区空港北区污水处理厂工程的建设是落实国家和地方环境政策、满足当地规划、改善周边环境、实现污水资源化利用、实现社会经济与环境可持续发展的需要，因此是非常必要的，也是可行的；污水处理厂工程总规模6.0×104m3/d，建议分两期建设，近期建设规模为3.0×104m3/d；污水处理厂设计进水水质为COD：450mg/L、BOD5：200mg/L、SS：300mg/L、NH4+-N40mg/L、TN：50mg/L、TP：5.0mg/L；设计出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级 A排放标准；污水处理工艺采用“粗格栅+进水提升泵+细格栅+曝气沉砂池+MAO生物池+二沉池+高密度沉淀池（投加化学除磷药剂）+微过滤设备+紫外线消毒渠”工艺；污泥处理处置工艺采用“重力浓缩+污泥调理（投加污泥调理剂）+机械深度脱水+外运集中处置”工艺；除臭工艺采用“高能离子除臭”工艺；污水处理厂估算建设投资7370.28万元（工程费用6137.30万元，其他费用687.04万元，预备费用545.95万元），单方水总投资2474.60元/立方米，单方水经营成本1.267元/立方米。