Я могу пользоваться библиотекой параллели задачи в проекте.Net 3.5?

Вы можете использовать цикл while с str.find, чтобы найти n-е вхождение, если оно существует, и использовать эту позицию для создания новой строки:

def nth_repl(s, sub, repl, nth):
    find = s.find(sub)
    # if find is not p1 we have found at least one match for the substring
    i = find != -1
    # loop util we find the nth or we find no match
    while find != -1 and i != nth:
        # find + 1 means we start at the last match start index + 1
        find = s.find(sub, find + 1)
        i += 1
    # if i  is equal to nth we found nth matches so replace
    if i == nth:
        return s[:find]+repl+s[find + len(sub):]
    return s

Пример:

In [14]: s = "foobarfoofoobarbar"

In [15]: nth_repl(s, "bar","replaced",3)
Out[15]: 'foobarfoofoobarreplaced'

In [16]: nth_repl(s, "foo","replaced",3)
Out[16]: 'foobarfooreplacedbarbar'

In [17]: nth_repl(s, "foo","replaced",5)
Out[17]: 'foobarfoofoobarbar'