Sachverhalt: A. A.a X._, geboren 1962, leidet an einer chronisch paranoiden Schizophrenie (F20.0) und war deswegen mehrmals freiwillig in der Psychiatrischen Privatklinik Sanatorium Kilchberg untergebracht. Nachdem es 2009 zu fünf sexuellen Übergriffen gegenüber Frauen gekommen war, wurde ihm am 12. Juni 2009 fürsorgerisch die Freiheit entzogen und gestützt darauf die Einweisung in diese Klinik verfügt. Die Einweisung erwuchs in Rechtskraft. A.b Mit Verfügung vom 26. Juni 2009 ordnete die ärztliche Leitung der Klinik die zwangsweise Behandlung von X._ mit Clozapin (antipsychotisch wirkendes Neuroleptikum) mit einer Zieldosis von 300-600 mg/Tag bzw. mit Olanzapin mit einer Dosierung von 10-20 mg/Tag an. X._ focht diesen Entscheid erfolglos beim Einzelrichter betreffend fürsorgerische Freiheitsentziehung am Bezirksgericht Horgen an (Urteil des Einzelrichters vom 14. Juli 2009). Die dagegen erhobene Berufung wies das Obergericht des Kantons Zürich mit Beschluss vom 3. August 2009 ab. Das Bundesgericht hiess mit Urteil vom 2. September 2009 eine gegen den obergerichtlichen Beschluss erhobene Beschwerde von X._ gut, hob den angefochtenen Beschluss auf und wies die Sache zu ergänzenden Abklärungen und zu neuem Entscheid an das Obergericht zurück (Urteil 5A_524/2009). Der entsprechende Entscheid des Obergerichts steht noch aus. B. Am 10. September 2009 ersuchte X._ beim Einzelrichter betreffend fürsorgerische Freiheitsentziehung des Bezirks Horgen um gerichtliche Beurteilung betreffend Entlassung aus der psychiatrischen Klinik. Der Einzelrichter wies das Gesuch um Entlassung mit Entscheid vom 15. September 2009 ab, gewährte dem Betroffenen die unentgeltliche Rechtspflege und bestellte ihm Rechtsanwalt Roger Burges als unentgeltlichen Rechtsbeistand. Die gegen die Abweisung der Entlassung aus der Anstalt erhobene Berufung wies das Obergericht des Kantons Zürich mit Beschluss vom 2. Oktober 2009 ab und bestätigte das erstinstanzliche Urteil. Die Kosten des Verfahrens wurden X._ auferlegt, zufolge Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege aber einstweilen auf die Gerichtskasse genommen und eine Nachzahlungspflicht gestützt auf § 92 ZPO vorbehalten. Für das zweitinstanzliche Verfahren sprach das Obergericht keine Parteientschädigungen zu. C. X._, verbeiständet durch Rechtsanwalt Roger Burges, hat beim Bundesgericht am 14. Oktober 2009 gegen den obergerichtlichen Beschluss vom 2. Oktober 2009 Beschwerde in Zivilsachen erhoben. Er beantragt, den angefochtenen Beschluss aufzuheben und ihn aus der fürsorgerischen Freiheitsentziehung zu entlassen. Ferner sei festzustellen, dass der angefochtene Beschluss Art. 5 Ziff. 1 i.V.m. Art. 5 Ziff. 3 sowie Art. 13 EMRK verletze. Für das Verfahren vor dem Obergericht sei ihm die unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung zu gewähren und sein Rechtsbeistand angemessen zu entschädigen. Für das Verfahren vor Bundesgericht ersucht er ebenso um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung, wobei eine allfällige Entschädigung seinem Rechtsbeistand auszuzahlen sei. D. Das Obergericht hat auf Vernehmlassung verzichtet. Die Vormundschaftsbehörde Thalwil schliesst in ihrer Vernehmlassung vom 19. Oktober 2009 auf Abweisung der Beschwerde. Sie hat ihrer Stellungnahme eine Kopie des psychiatrischen Gutachtens vom 24. September 2009 betreffend den Beschwerdeführer sowie einen Beschluss vom 5. Oktober 2009 betreffend Antrag auf Bevormundung des Beschwerdeführers beigelegt. Die Psychiatrische Privatklinik Sanatorium Kilchberg hat sich am 16. Oktober 2009 vernehmen lassen, ohne aber einen Antrag zu stellen. E. Rechtsanwalt Burges hat am 23. Oktober 2009 repliziert. Er beharrt darin auf seinem in der Beschwerdeschrift vertretenen Standpunkt. Der Beschwerdeführer hat am 20., 23. und 25. Oktober 2009 dem Bundesgericht persönliche Eingaben zukommen lassen.