Już w roku uruchomienia nowej oczyszczalni ilość dopływających ścieków przewyższała projektowaną przepustowość i nieodzowna stała się dalsza rozbudowa.
W latach 1984-1993 przeprowadzono prace mające na celu zwiększenie przepustowości do 72.000m3/d. Nowe wymogi prawne w 1991 roku postawiły oczyszczalnię przed koniecznością kolejnej modernizacji, związanej z poprawą sprawności oczyszczania ścieków i koniecznością usuwania związków biogennych.
Pozyskana w ramach pomocy krajów północnych dla krajów postkomunistycznych od Rządu Królestwa Danii pomoc konsultingowo-techniczna oraz finansowa, w latach 1992-1998 zaowocowała modernizacją oczyszczalni, którą objęto stopień oczyszczania mechanicznego oraz stopień przeróbki osadowo-gazowej. Pomimo, iż były to najlepsze rozwiązania technologiczne w tamtym czasie, nie rozwiązywały wszystkich problemów eksploatacyjnych oczyszczalni, w szczególności związanych z usuwaniem związków biogennych ze ścieków. Kolejny raz Spółka stanęła przed koniecznością rozbudowy oczyszczalni.
W związku z perspektywą przystąpienia Polski do Unii Europejskiej pojawiła się możliwość pozyskania znaczących środków unijnych na modernizację oczyszczalni. W roku 1999 Spółka rozpoczęła aktywne starania na rzecz pozyskania z Unii dofinansowania dla zadania "Rozbudowa i modernizacja Oczyszczalni Ścieków Sitkówka dla miasta Kielce". Działania te uwieńczone zostały uzyskaniem w 2005 r. decyzji Komisji Europejskiej
o przyznaniu dofinansowania z Funduszu Spójności na realizację tego priorytetowego dla regionu świętokrzyskiego przedsięwzięcia proekologicznego.
Projekt obejmujący swym zakresem zarówno proces oczyszczania ścieków, jak również budowę instalacji termicznego unieszkodliwiania osadów ściekowych, rozwiąże do końca 2010 roku w sposób ostateczny problemy eksploatacyjne oczyszczalni w Sitkówce.