Face ao desenvolvimento das zonas circundantes do COTAI, foi então dado início em 2006 à 2.ª fase da construção da ETAR de Coloane, com uma área de aproximadamente 20.000 m2, situada a norte da 1.º fase da ETAR de Coloane. Esta foi projectada para o tratamento diário de 110.000 m3 de água residual segundo o nível 2 da directiva nacional relativamente ao tratamento e descargas de águas residuais urbanas e suburbanas, padrão este utilizado para a qualidade da água descarregada. Concluído a sua construção, o tratamento diário de água residual de toda a ETAR, incluindo as instalações referentes à 1.ª fase, passará então a ser de 130.000 m3, o suficiente para fazer face às próximas futuras necessidades do desenvolvimento do COTAI e de Coloane.

A tecnologia belga de tratamento biológico LUCAS  utilizado na 2.ª fase da ETAR de Coloane compreende num total de 4 linhas de tratamento biológico, sendo cada um composto por tanque misto, tanque arejador e tanque de sedimentação. Na fase de pré-tratamento, a água residual é sujeita ao processo de separação de sólidos por gradagem, composto por grades grossas e grades finas, desarenamento nas caixas de areia e desengorduramento nas caixas de gordura, seguindo depois para um dos processos de tratamento biológico por decantação nos chamados reactores biológicos. E antes de ser despejadas para o meio ambiente receptor é desinfectada por meio de radiação ultravioleta.

As instalações da 2.ª fase do ETAR de Coloane são todas fechadas hermeticamente e equipadas com sistema de tratamento de odores, com vista a garantir assim que não venha isto ter impacto nas imediações das instalações do ETAR. E o lodo resultante do tratamento de águas residuais, depois de desidratado, é encaminhado para incineração na ETAR da Península de Macau.