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水解酸化是在厭氧生物反應的四個階段（水解，酸化，產乙酸，甲烷化），將反應控制在水解和酸化兩個階段的反應過程，可以將懸浮性有機物和大分子物質（碳水化合物、脂肪和脂類等）通過微生物胞外酶水解成小分子，小分子有機物在酸化菌作用下轉化成揮發性脂肪酸的過程。在這一過程中同時可以將懸浮性固體水解為溶解性有機物、將難生物降解的大分子物質轉化為易生物降解的小分子物質。

首先，水解反應器中大量微生物將進水中顆粒狀顆粒物質和膠體物質迅速截留和吸附， 這是一個物理過程的快速反應。一般只要幾秒鐘到幾十秒即可完成。因此，反應是迅速的。截留下來的物質吸附在水解酸化污泥的表面，慢慢地被分解代謝，其在系統內的污泥停留時間要大于水力停留時間。在大量水解酸化細菌的作用下，大分子、難于生物降解物質轉化為易于生物降解的小分子物質后，重新釋放到液體中。在較高的水力負荷下隨水流出系統。由于水解和產酸菌世代期較短，往往以分鐘和小時計，因此，這一降解過程也是迅速的。在這一過程中溶解性 BOD、COD 的去除率雖然從表面上講只有 10%左右，但是由于顆粒狀有機物發生水解增加了系統中溶解性有機物的濃度，因此，溶解性BOD、COD 去除率遠大于10%。但是由于酸化過程的控制不能嚴格劃分，在污泥中可能仍有少量甲烷菌的存在，可能產生少量的甲烷，但甲烷在水中的溶解度也相當可觀，故以氣體形成釋放的甲烷量很少。可以看出， 水解反應器集沉淀、吸附、網捕和生物絮凝等物理化學過程，與水解、酸化和甲烷化過程等生物降解功能于一體。