生物脫氮對環境條件敏感，容易受溫度變化影響，由于四季的交替和所處的地理位置影響，若不加以人工調控，硝化很容易出現問題，導致氨氮超標。
生物脫氮的基本原理就是先利用好氧階段，通過硝化細菌和亞硝化細菌的協同作用，將NH3-N通過硝化作用轉化為NO2-和NO3-。然后在缺氧條件下，通過反硝化作用將硝氮轉化為N2，N2隨后溢出水面釋放到大氣，參與自然界N的循環，從而達到降低水中氮含量的目的。
氨氧化細菌（AOB，就是把氨氮變成亞硝酸鹽的細菌）理想生長溫度為25~30℃，亞硝酸氧化細菌（NOB，就是把亞硝酸鹽變成硝酸鹽的細菌）的理想生長溫度為25~30℃。硝化菌對溫度較為敏感，溫度不但會降低硝化菌的比增長速率，并且會降低其生物活性。在溫度低于15℃時，硝化速率急劇降低。另一方面，反硝化反應的適宜溫度為20～35℃，低于15℃時，反硝化細菌的繁殖速率、代謝速率和生物活性也都會降低，從而導致脫氮效果下降。當溫度低于5℃時，硝化細菌的生命活動幾乎停止。大量的研究表明，硝化作用會受到溫度的嚴重影響，尤其是溫度沖擊的影響更加明顯。
現行的解決辦法非常有限，在我國部分北方城市常用的措施有：(1) 曝氣池、二沉池等池壁采用發泡保溫板保溫，外砌磚圍護（爐渣、膨脹珍珠巖等填充）結構，池頂加蓋等保溫措施；(2) 鼓風機一側設空氣預熱室，將冬季-10～-20℃的冷空氣預熱到5～8℃；空氣管道設置管廊，便于保溫處理等。
提高泥齡的最終表現是MLSS的提高，冬季微生物增殖緩慢，做為自養菌的硝化細菌增殖更為緩慢，提高泥齡可以使硝化細菌能保持在一定的范圍內（顏胖子：目的是保證硝化細菌為優勢菌種），并且適當提高污泥濃度MLSS，在細菌代謝能力下降的前提下，可以使總量的污泥代謝能力能保持穩定。通常，溫度每降低1℃，硝化菌比增長速率降低10%，因此，欲維持與常溫期相同的硝化菌濃度，溫度每降低1℃時泥齡需相應提高10%。所以，降低污泥負荷，在實際操作中可以有效降低溫度對系統處理效果的負面影響。
3、溶解氧濃度
為了彌補低溫對系統帶來的不利影響，可以通過提高溶解氧濃度的措施。有研究表明，初始溶解氧為2mg/L時，為取得相同的硝化速率，溫度每下降1℃，溶解氧濃度相應提高10%。溶解氧是生物硝化的重要環境因素，一般應在2mg/L以上，控制在0.5～0.7mg/L。對于同時去除有機物和進行硝化、反硝化的工藝，硝化菌在活性污泥中約占5%，大部分硝化菌位于生物絮體內部。因此，溶解氧濃度的增加，將提高溶解氧對生物絮體的穿透力，提高硝化反應速率。
經固定化處理后，微生物的抗逆性能提高，能耐受外界環境的變化，從而保持了較高的活性。此外，微生物經包埋固定后持留能力得以增強，可望實現反應器的快速啟動和高效穩定運行。通過固定化可以削弱溫度變化對硝化作用的影響。有學者研究了固定化硝化菌在不同溫度下對氨氮的去除效能，采用聚乙烯醇-硼酸包埋法固定常溫富集培養的含耐冷菌的硝化污泥，用于處理常溫和低溫生活污水。結果表明，經過固定化處理的硝化菌群即使在低溫條件下，也表現出了較高的硝化效率（＞80%）。也有學者開展了固定化反硝化細菌脫氮的研究，結果表明，經過固定化處理，提高了反硝化細菌對溫度的適應性，固定化反硝化細菌對高濃度的銨離子和低溫的耐受性增加。固定化是一種有效的技術手段，然而也會使微生物活性有所降低，且固定化后，傳質阻力會增大，氧的傳質阻礙尤為明顯，固定化更能在厭氧條件下發揮其優勢。此外，其成本也有待技術經濟評估。馴化就是人為的在某一特定環境條件長期處理某一微生物群體，同時不斷將它們進行移種傳代，以達到累積和選擇合適的自發突變體的一種古老育種方法。微生物的馴化是脫氮工藝運用到低溫環境中的重要措施，使微生物體內的酶和細胞膜的脂類組成能夠適應低溫環境，并能在低溫條件下發揮作用。大量研究表明，通過適當的馴化策略，經歷一定的馴化時間，低溫脫氮工藝可以實現穩定運行。有學者認為，如果將AOB的運行溫度從30℃直接降至5℃，會導致其失活。逐步降低運行溫度，AOB可調整細胞膜中的脂肪酸類型使其在低溫條件下不易凍結。出水氨氮作為污水處理廠重要指標之一，由于硝化細菌對溫度非常敏感，冬季溫度較低時，對出水氨氮的指標影響明顯，并且指標上升較快，常常讓運行人員措手不及。通過對機理及影響因素的分析，可幫助我們更快地采取有效的控制措施，縮短硝化系統的恢復時間。
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