本发明公开了一种集有机污水处理和产甲烷于一体的微生物电解池装置，通过污水进水管9将除氧气的有机物污水注入微生物电解池内作为阳极产电微生物生长的营养源，阳极产电微生物对污水中的有机物进行分解代谢，在污水处理的同时产生CO₂、H⁺及电子。同时在电辅助下，阴极电极4表面附着的电活性产甲烷菌将阳极产电微生物代谢有机物产生的CO₂、H⁺及电子转化为甲烷。本发明装置集污水处理、CO₂捕获及产甲烷于一体，具有结构简单、建造成本低，且易规模放大等特点。此外，污水依次流经阳极区和阴极区，避免了在阴极添加电化学活性产甲烷菌培养基，降低了成本。因此本装置在有机污水能源化利用方面具有很好的应用前景。