CN105390716B - 一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统及其应用，所述的系统包括由至少一个阳极反应模块串联叠加而成的阳极室、由至少一个阴极反应模块串联叠加而成的阴极室、设置在阳极室与阴极室之间的质子交换膜以及分别与阳极室、阴极室相连通的外接硝化反应器，阳极室与阴极室一上一下可对调相对设置，并且阳极室与阴极室之间还设有外接可调电阻电路；本发明系统用于在同一电化学状态下原位测定电极生物膜的特性参数。与现有技术相比，本发明系统结构简单、紧凑，将脱碳、硝化、反硝化功能分置为独立单元，提高污染物去除效率，并易于根据污染物浓度及实际水量改变，整个系统密封性强，稳固性好，运行稳定，具有很好的开发运用前景。

Description

一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统及其应用

技术领域

本发明属于生物电化学技术领域，涉及一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统及其应用。

背景技术

微生物燃料电池(MFCs)由于其在污染物处理的同时可持续回收电能这一经济环保的特性，而吸引了越来越多的关注。在MFC中，阳极和阴极通过导电材料相连，有机质在阳极室被产电微生物氧化，产生电子，电子被传递到阳极电极后通过外电路流至阴极，最终被阴极室中可还原化合物利用。MFC被应用于废水中各类有机物的去除已经被广泛报道。MFC不仅可以将有机物降解转化为电能，而且还能利用如硝酸盐和硫酸盐等作为生物阴极的电子受体，进行还原反应，这表明MFC具有利用自身产电特性进行污染物去除的可能，从而为低碳氮比污水提供可行的处理办法。

在研究生物阴极微生物电化学系统时，电极生物膜的参数及其表现出的电化学信号对于调控及优化MFC处理实际废水的性能十分重要。在大部分的研究中，研究者都借助电化学工作站系统，将配套电极插入MFC系统的电解质中进行原位测试，可获得系统的电化学数据，但都无法直接获得生物膜内部参数及其变化对系统整体性能的影响，而近年来发展较快的微电极为电极生物膜的研究提供了一种可以量化的测试方法，可被运用于电化学系统微生物环境的研究。但由于传统的微生物燃料电池为了减少电极平板之间的距离，而将阳极与阴极电极生物膜竖直平行放置，难以将微电极插入生物膜内部，而采用上下型电极室形式的微生物燃料电池只能测试上极室内生物膜的参数，难以获得同一电化学状态下阳极及阴极电极生物膜的参数，难以将两电极的测试数据进行耦合。

目前，研究人员也在一直寻找有效方法，用以提高阴极反硝化生物膜对于阳极产电生物膜所产电子的利用效率，试图建立不同电极生物膜膜内参数变化的相关关系，但电极生物膜的厚度通常在几十微米到几毫米左右，普通的电化学测试手段难以对其内外微环境进行表征和分析，而微电极作为一种微创的测试手段，使在空间上微米级的分析成为可能，而被逐渐运用广泛。它不但能够表征生物膜内外沿深度与生物膜表面相垂直方向特征参数的梯度分布情况和膜内部某深度上特征参数的变化情况，而且通过溶解氧电极的使用，可以直接测定生物膜的厚度。

此外，由于传统微生物燃料电池容积固定，无法根据实验条件的变化(进水流量、污染物浓度)做出相应的调整，也限制了微生物燃料电池的性能测试及实际应用。

运用微生物燃料电池处理高氨氮废水的相关技术已有出现。

例如，授权公告号为CN 102290590 B的中国专利公开了一种生物阴极型微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，所述阴极室包括好氧阴极室和缺氧阴极室；所述阳极室、好氧阴极室和缺氧阴极室内均设有填料，所述填料上均负载产电微生物膜，所述阳极室内为厌氧产电微生物膜，所述好氧阴极室内为好氧产电微生物膜，所述缺氧阴极室内为缺氧产电微生物膜；所述阳极室与所述好氧阴极室之间设有阳离子交换膜；所述阳极室与所述缺氧阴极室之间设有阴离子交换膜；所述阳离子交换膜与所述阴离子交换膜的两侧均设有集电金属网；所述集电金属网的两端分别通过导线相连通，所述导线上设有负载；所述好氧阴极室的底部设有曝气装置。上述专利的技术方案是将阴极分为两部分，上部分进行好氧硝化作用，下部分进行缺氧反硝化作用，虽能对含氮废水取得比较好的处理效果，但由于硝化与反硝化并不是独立分置，因此，污染物去除效率不够高，而且不易根据实际工况条件改变阴阳极室的体积，使用范围有限。

另，授权公告号为CN 103326053 B的中国专利公开了一种研究微生物电化学的多电极微生物燃料电池系统，由基质储藏罐、蠕动泵；筒式微生物燃料电池、阳极电极、阴极电极、数据采集卡、负载电阻、数据记录和分析仪、三电极系统和电化学工作站组成；所述筒式微生物燃料电池包括筒式壳体、壳体内的阳极室、阴极室及质子交换膜；电化学测试时，直接将阳极电极作为工作电极构成三电极体系，利用电化学工作站进行分析。上述专利的技术方案侧重于调整反应器结构，以便于采用三电极系统连接电化学工作站测试研究电池产电性能，但无法在该构型下将微电极插入同一生长状态下阳极及阴极生物膜，进行生物膜内部性质的测试，且该构型进行生物样的取样分析也具有一定操作难度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能利用微电极在同一电化学状态下原位测试阳极和阴极生物膜，同时可以根据废水量和污染物浓度变化需求灵活改变阴、阳极室体积的叠加式微生物燃料电池原位测试系统及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，该系统包括由至少一个阳极反应模块串联叠加而成的阳极室、由至少一个阴极反应模块串联叠加而成的阴极室、设置在阳极室与阴极室之间的质子交换膜以及分别与阳极室、阴极室相连通的外接硝化反应器，所述的阳极室与阴极室一上一下可对调相对设置，并且所述的阳极室与阴极室之间还设有外接可调电阻电路。

所述的阳极反应模块包括阳极反应腔室以及水平设置在阳极反应腔室中的阳极生物膜，并且相邻两阳极反应腔室中的阳极生物膜通过电路串联设置；

所述的阴极反应模块包括阴极反应腔室以及水平设置在阴极反应腔室中的阴极生物膜，并且相邻两阴极反应腔室中的阴极生物膜通过电路串联设置。

所述的质子交换膜两侧的阳极生物膜与阴极生物膜通过外接可调电阻电路相连接。

所述的阳极生物膜由阳极碳布以及负载在阳极碳布上的厌氧产电微生物构成；

所述的阴极生物膜由阴极碳布以及负载在阴极碳布上的缺氧产电微生物构成。

所述的阳极碳布、阴极碳布均作为电极材料使用，其具有稳定性好、表面平整，便于进行生物膜膜内参数测试的优点。

所述的厌氧产电微生物为污水处理厂厌氧池污泥驯化得到，所述的缺氧产电微生物为污水处理厂缺氧池污泥驯化得到。

所述的阳极室与阴极室一上一下相对设置时，所述的阳极室顶端还设有微电极及参比电极，并且所述的微电极的底端与阳极生物膜相接触；

所述的阴极室与阳极室一上一下相对设置时，所述的阴极室顶端还设有微电极及参比电极，并且所述的微电极的底端与阴极生物膜相接触。

所述的阳极室设有向阳极室注入废水的第一进水管以及将阳极室的流出液导入外接硝化反应器的第一出水管，并且所述的第一出水管上设有外接蠕动泵；

所述的阴极室设有将外接硝化反应器的流出液导入阴极室的第二进水管以及将阴极室处理液排出的第二出水管。

所述的阳极室还设有阳极蠕动泵，所述的废水通过阳极蠕动泵在阳极室中循环流动；

所述的阴极室还设有阴极蠕动泵，所述的外接硝化反应器的流出液进入阴极室，并通过阴极蠕动泵在阴极室中循环流动。

采用阳极蠕动泵、阴极蠕动泵有利于阳极室、阴极室实现连续再循环，能有效降低阳极室、阴极室内基质的浓度梯度。

所述的废水为高氨氮废水。

所述的外接硝化反应器中填充有活性炭纤维填料，该活性炭纤维填料上负载有挂膜微生物。

所述的挂膜微生物为污水处理厂好氧池污泥驯化得到。

所述的活性炭纤维填料的单丝直径为10-20μm。

一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统的应用，用于在同一电化学状态下原位测定阳极生物膜或阴极生物膜的特性参数。

本发明叠加式微生物燃料电池原位测试系统中，还设有三个密封盖，其中，两个为全密封盖，一个为带孔密封盖，该带孔密封盖上设有用于插入微电极和参比电极的小孔。叠加式微生物燃料电池原位测试系统运行时，顶部密封盖采用带孔密封盖，底部为全密封盖；当需要使用微电极测量同一电化学状态下阳极生物膜与阴极生物膜参数时，可将电池反应器上下颠倒，此时，可采用另一个全密封盖供中转使用。在实际使用时，全密封盖、带孔密封盖可以通过紧固元件，如法兰等，与阳极室、阴极室进行固定连接。

本发明中，阳极室与阴极室壁面均呈弧面，注入阳极室的废水(即阳极液)为含有有机物和氨氮的废水，pH为7.5-8.5，溶解氧浓度约为0.5mg/L，而外接硝化反应器的流出液作为阴极液导入至阴极室，其含有硝酸盐和亚硝酸盐，pH为6.5-7.5。

所述的外接可调电阻电路为闭合外电路，该电路中的可调变阻器阻值变化范围为0-9999Ω。

在实际设计时，叠加式微生物燃料电池原位测试系统中的阳极室、阴极室、外连硝化反应器、密封盖、第一进水管、第二进水管、第一出水管、第二出水管均采用有机玻璃制成。阳极反应腔室、阴极反应腔室均为圆柱形反应腔室，直径为8cm，高为6cm，容积约为0.3L。

本发明中，阳极室和阴极室采用上下型构造，内设电极生物膜水平放置，方便从上部将微电极尖端插入电极生物膜进行测量，且可通过顶部密封盖的置换，翻转阴极室、阳极室，测得同一电化学状态下阳极生物膜、阴极生物膜的参数，将两电极的测试数据进行耦合研究；阳极室和阴极室腔体构型一致，采用模块化设计，可根据废水量和污染物浓度变化需求，通过上下堆叠多个反应模块来适当扩充相应极室的容积，再通过外接硝化反应器，做到同步硝化与反硝化，在除碳产电的同时，还能进行脱氮。

本发明系统将脱碳、硝化、反硝化功能分置为独立单元，能有效降低污泥驯化的难度，并提高独立单元的污染物去除能力，克服了由于厌氧氨氧化菌较苛刻的驯化及运行条件造成系统运行效果受限的技术问题，具有优异的污染物去除效果。与此同时，在用于生物膜特性参数测量时，基于本发明系统的结构特点，无需取出生物膜在外部测试，在除污的同时，就能实现在同一电化学状态下原位测定阳极生物膜或阴极生物膜的特性参数。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)阳极室和阴极室呈上下对称形式，电极生物膜均为水平放置，方便插入微电极探究生物膜内部微环境，避免了电极生物膜竖直放置造成的测量不便，且无需取出生物膜在外部测试，保证了数据的稳定可靠；同时，可通过反应器上下倒置来改变阳极室、阴极室运行状况，测得同一电化学状态下阳极生物膜、阴极生物膜的参数，实现将两电极的测试数据进行耦合研究，有利于探究不同运行参数(电压、pH、溶解氧浓度等)下，电极生物膜生长过程中膜内性质的变化，从而优化生物电化学系统运行操作；

2)阳极室和阴极室腔体构型一致，反应器采用模块化设计，可通过上下堆叠多个反应模块，并以紧固元件连接来扩充阳极室、阴极室的容积，并以质子交换膜分隔扩充容积后的两极室，满足废水量和污染物浓度变化需求，使研究及实际应用更具有针对性，且各模块的拆卸与组装都非常方便；

3)可处理含氮废水，传统微生物燃料电池大多仅阳极具有降解有机物的能力，而本发明在阴极室采用阴极生物膜，同时结合外连硝化反应器，利用外接硝化反应器产生的亚硝酸盐和硝酸盐，作为阴极的电子受体，以废治废，不仅能实现同步硝化反硝化，还能实现同步脱氮除碳产电，将系统内脱碳、硝化、反硝化功能分置，则能降低污泥驯化的难度，并提高独立单元的污染物去除能力，避免由于厌氧氨氧化菌较苛刻的驯化及运行条件造成系统运行效果受限；

4)下部极室与中部紧固元件的顶部平行，可保证反应液体充满下部极室，使下部极室的反应液体与质子交换膜充分接触，保证微生物燃料电池运行过程中双极室之间的离子交换；

5)质子交换膜清洗及更换简便，清洗及更换时不会对下部极室内微生物造成影响，保证了实验的稳定性；

6)阳极室与阴极室壁面均呈弧面，没有死角，解决了传统微生物燃料电池内部不易清洗及清洗不净的问题；

7)阳极室和阴极室内溶液分别通过阳极蠕动泵、阴极蠕动泵进行连续再循环，以此降低相应极室内基质的浓度梯度；

8)阴极室和阳极室通过紧固元件连接，并且阳极室、阴极室与质子交换膜之间设置密封垫圈，使得整个系统结构紧凑、密封性强，稳固性好，整个系统运行稳定，具有很好的开发运用前景。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明对有机废水中COD的处理效果；

图3为本发明应用于有机废水处理时的电压输出情况；

图4为本发明对含氮废水中总氮的去除情况；

图中标记说明：

1、阳极室，11、阳极反应腔室，12、阳极生物膜，13、第一进水管，14、第一出水管，15、阳极蠕动泵，2、阴极室，21、阴极反应腔室，22、阴极生物膜，23、第二进水管，24、第二出水管，25、阴极蠕动泵，3、质子交换膜，4、外接硝化反应器，5、外接可调电阻电路，51、可调变阻器，6、微电极，7、参比电极，8、外接蠕动泵，9、带孔密封盖，10、全密封盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，包括由一个阳极反应模块串联叠加而成的阳极室1、由一个阴极反应模块串联叠加而成的阴极室2、设置在阳极室1与阴极室2之间的质子交换膜3以及分别与阳极室1、阴极室2相连通的外接硝化反应器4，阳极室1与阴极室2一上一下可对调相对设置，并且阳极室1与阴极室2之间还设有外接可调电阻电路5。

其中，阳极反应模块包括阳极反应腔室11以及水平设置在阳极反应腔室11中的阳极生物膜12，并且相邻两阳极反应腔室11中的阳极生物膜12通过电路串联设置；阴极反应模块包括阴极反应腔室21以及水平设置在阴极反应腔室21中的阴极生物膜22，并且相邻两阴极反应腔室21中的阴极生物膜22通过电路串联设置。

质子交换膜3两侧的阳极生物膜12与阴极生物膜22通过外接可调电阻电路5相连接。阳极生物膜12由阳极碳布以及负载在阳极碳布上的厌氧产电微生物构成；阴极生物膜22由阴极碳布以及负载在阴极碳布上的缺氧产电微生物构成。而厌氧产电微生物为污水处理厂厌氧池污泥驯化得到，缺氧产电微生物为污水处理厂缺氧池污泥驯化得到。阳极碳布、阴极碳布均作为电极材料使用，其具有稳定性好、表面平整，便于进行生物膜膜内参数测试的优点。

阳极室1设有向阳极室1注入废水的第一进水管13以及将阳极室1的流出液导入外接硝化反应器4的第一出水管14，并且第一出水管14上设有外接蠕动泵8；阴极室2设有将外接硝化反应器4的流出液导入阴极室2的第二进水管23以及将阴极室2处理液排出的第二出水管24。阳极室1还设有阳极蠕动泵15，废水通过阳极蠕动泵15在阳极室1中循环流动；阴极室2还设有阴极蠕动泵25，外接硝化反应器4的流出液进入阴极室2，并通过阴极蠕动泵25在阴极室2中循环流动。

采用阳极蠕动泵15、阴极蠕动泵25有利于阳极室1、阴极室2实现连续再循环，能有效降低阳极室1、阴极室2内基质的浓度梯度。

在实际使用时，当阳极室1与阴极室2一上一下相对设置时，阳极室1顶端还设有微电极6及参比电极7，并且微电极6的底端与阳极生物膜12相接触；而当阴极室2与阳极室1一上一下相对设置时，阴极室2顶端还设有微电极6及参比电极7，并且微电极6的底端与阴极生物膜22相接触。

阳极室1与阴极室2壁面均呈弧面，注入阳极室1的废水(即阳极液)为含有有机物和氨氮的废水，pH为7.5-8.5，溶解氧浓度约为0.5mg/L，而外接硝化反应器4的流出液作为阴极液导入至阴极室2，其含有硝酸盐和亚硝酸盐，pH为6.5-7.5。

在实际设计时，叠加式微生物燃料电池原位测试系统中的阳极室1、阴极室2、外连硝化反应器4、密封盖、第一进水管13、第二进水管23、第一出水管14、第二出水管24均采用有机玻璃制成。阳极室1、阴极室2均为圆柱形反应腔室，直径为8cm，高为6cm，容积约为0.3L。

外接硝化反应器4中填充有活性炭纤维填料，该活性炭纤维填料上负载有挂膜微生物，其中，活性炭纤维填料的单丝直径为10μm。

本实施例叠加式微生物燃料电池原位测试系统中，还设有三个密封盖，其中，两个为全密封盖10，一个为带孔密封盖9，该带孔密封盖9上设有用于插入微电极6和参比电极7的小孔，该小孔中还设有用于增加密封性的橡皮塞。叠加式微生物燃料电池原位测试系统运行时，顶部密封盖采用带孔密封盖9，底部为全密封盖10；当需要使用微电极6测量同一电化学状态下阳极生物膜12与阴极生物膜22参数时，可将电池反应器上下颠倒，此时，可采用另一个全密封盖10供中转使用。在实际使用时，全密封盖10、带孔密封盖9可以通过紧固元件，如法兰等，与阳极室1、阴极室2进行固定连接。

本实施例中，外接可调电阻电路5为闭合外电路，该电路中的可调变阻器51阻值变化范围为0-9999Ω。

含有大量有机碳和氨氮的废水通过第一进水管13进入阳极室1，阳极室1顶部通过法兰与带孔密封盖9连接，阳极室1内的阳极碳布上附着大量厌氧产电微生物，废水流经阳极室1时，产电微生物会消耗降解有机质产生质子和电子，质子通过质子交换膜3进入阴极室2，电子由阳极导线流出，经外接可调电阻电路5流向阴极导线，并进入阴极碳布，阳极室1流出液通过第一出水管流出，由外接蠕动泵8吸入外接硝化反应器4进行硝化反应，水中氨氮化合物被转化为硝酸盐及亚硝酸盐类化合物，外接硝化反应器4流出液，再经第二进水管23流入阴极室2，阴极室2底部通过法兰与全密封盖10连接，阴极室2内的阴极碳布上附着大量缺氧产电微生物，废水流经阴极室2时，废水中的硝酸盐和亚硝酸盐被微生物反硝化作用转化为氮气，经处理后的水通过第二出水管24流出，阳极室1和阴极室2内溶液可分别通过阳极蠕动泵15、阴极蠕动泵25进行连续再循环，以此降低反应器内基质的浓度梯度。

本实施例叠加式微生物燃料电池原位测试系统可用于在同一电化学状态下原位测定电极生物膜(即阳极生物膜12、阴极生物膜22)的特性参数。

如图2-4所示，在实际应用时，采用本实施例叠加式微生物燃料电池原位测试系统来处理高浓度废水，废水的COD为1000mg/L左右，总氮浓度为200mg/L左右，反应温度控制为25℃附近，外接1000Ω电阻，反应器最高输出电压可达到0.68V，连续运行250小时，COD降解率及系统脱氮率分别可达到60％和85％左右。由此可见，本实施例叠加式微生物燃料电池原位测试系统运行产电性能良好，能达到较高的COD及总氮去除率。

实施例2：

本实施例中，阳极室1由3个阳极反应模块串联叠加而成，阴极室2由3个阴极反应模块串联叠加而成，外接硝化反应器4中活性炭纤维填料的单丝直径为20μm。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例中，阳极室1由5个阳极反应模块串联叠加而成，阴极室2由5个阴极反应模块串联叠加而成，外接硝化反应器4中活性炭纤维填料的单丝直径为15μm。其余同实施例1。

实施例4：

本实施例中，阳极室1由6个阳极反应模块串联叠加而成，阴极室2由6个阴极反应模块串联叠加而成，外接硝化反应器4中活性炭纤维填料的单丝直径为12μm。其余同实施例1。

实施例5：

本实施例中，阳极室1由8个阳极反应模块串联叠加而成，阴极室2由8个阴极反应模块串联叠加而成，外接硝化反应器4中活性炭纤维填料的单丝直径为18μm。其余同实施例1。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，该系统包括由一个阳极反应模块或至少两个阳极反应模块串联叠加构成的阳极室(1)、由一个阴极反应模块或至少两个阴极反应模块串联叠加构成的阴极室(2)、设置在阳极室(1)与阴极室(2)之间的质子交换膜(3)以及分别与阳极室(1)、阴极室(2)相连通的外接硝化反应器(4)，所述的阳极室(1)与阴极室(2)一上一下可对调相对设置，并且所述的阳极室(1)与阴极室(2)之间还设有外接可调电阻电路(5)；

所述的阳极反应模块包括阳极反应腔室(11)以及水平设置在阳极反应腔室(11)中的阳极生物膜(12)，并且相邻两阳极反应腔室(11)中的阳极生物膜(12)通过电路串联设置；

所述的阴极反应模块包括阴极反应腔室(21)以及水平设置在阴极反应腔室(21)中的阴极生物膜(22)，并且相邻两阴极反应腔室(21)中的阴极生物膜(22)通过电路串联设置；

所述的质子交换膜(3)两侧的阳极生物膜(12)与阴极生物膜(22)通过外接可调电阻电路(5)相连接；

所述的阳极生物膜(12)由阳极碳布以及负载在阳极碳布上的厌氧产电微生物构成；

所述的阴极生物膜(22)由阴极碳布以及负载在阴极碳布上的缺氧产电微生物构成；

所述的阳极室(1)与阴极室(2)一上一下相对设置时，所述的阳极室(1)顶端还设有微电极(6)及参比电极(7)，并且所述的微电极(6)的底端与阳极生物膜(12)相接触；

所述的阴极室(2)与阳极室(1)一上一下相对设置时，所述的阴极室(2)顶端还设有微电极(6)及参比电极(7)，并且所述的微电极(6)的底端与阴极生物膜(22)相接触。

2.根据权利要求1所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，

所述的阳极室(1)设有向阳极室(1)注入废水的第一进水管(13)以及将阳极室(1)的流出液导入外接硝化反应器(4)的第一出水管(14)，并且所述的第一出水管(14)上设有外接蠕动泵(8)；

所述的阴极室(2)设有将外接硝化反应器(4)的流出液导入阴极室(2)的第二进水管(23)以及将阴极室(2)处理液排出的第二出水管(24)。

3.根据权利要求2所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，

所述的阳极室(1)还设有阳极蠕动泵(15)，所述的废水通过阳极蠕动泵(15)在阳极室(1)中循环流动；

所述的阴极室(2)还设有阴极蠕动泵(25)，所述的外接硝化反应器(4)的流出液进入阴极室(2)，并通过阴极蠕动泵(25)在阴极室(2)中循环流动。

4.根据权利要求1所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，所述的外接硝化反应器(4)中填充有活性炭纤维填料，该活性炭纤维填料上负载有挂膜微生物。

5.根据权利要求4所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，所述的活性炭纤维填料的单丝直径为10-20μm。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的叠加式微生物燃料电池原位测试系统的应用，其特征在于，用于在同一电化学状态下原位测定电极生物膜的特性参数。