本发明提供了一种厌氧-兼氧交替的高效复合水解装置及水解方法。本发明装置的两个方案所述水解池内的中部设有对角设置的两个密集填料区和稀疏填料区，水解池内的进水端设为进口悬浮污泥区，水解池内的出水端设为出口悬浮污泥区。密集填料区通过穿孔管空气搅拌形成兼氧环境、稀疏填料区及悬浮污泥区通过推流器搅拌形成厌氧环境。本发明的方法通过回流好氧污泥至水解池，可大幅提高水解池的污泥浓度，并接种了大量的厌氧、兼氧菌，由于水解池中增设填料区，可大量增大生物膜附着生长的微生物量，可有效提高水解效率。这种兼氧和厌氧交替的水解工艺由于大量兼氧菌的存在，对于低浓度、难降解有机物的水解具有较好的去除作用。