目前，国内外通用的污水处理技术主要是采用生物法，此方法具有处理彻底、有机物降解率高、二次污染小、能耗低和运行管理方便等优点。但也存在微生物对环境的适应有要求，特别是水温受自然环境影响的问题较难解决。
国内外大量的理论与试验研究表明，正常水处理条件利用的是中温菌，在15～35℃之间有较好的活性，当水温低于8℃或高于35℃时，微生物反应的速度明显降低。实际运行中，水温高于35℃的情况较少，低水温比较常见。
当水温低于8℃时，中温菌活性降低或死亡，但在北方地区保持水温不低于8℃则是很困难的事，耗能和保温都存在问题。所以，如何保证北方地区污水处理厂冬季正常运行是一个急需解决的重要问题之一。
温度是一个重要的生态因子，是影响微生物生长与存活的最重要因素之一，对生物个体的生长、繁殖、新陈代谢及生物种群分布和种群数量起着决定作用。此外，温度对活性污泥的絮凝沉降性能、曝气池充氧效率以及水的粘度都有较大影响。
1、微生物增殖
温度是影响微生物生长的一个重要因子。温度太低，可使原生质膜处于凝固状态，不能正常地进行营养物质的运输或形成质子梯度，因而生长不能进行。
细菌生长速率和温度关系
温度对微生物生长的影响具体表现在：
(1)影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。
(2)影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大，有利于物质的运输；温度低，流动性降低，不利于物质运输。因此温度变化能影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。
(3)影响物质的溶解度。微生物总体上生长温度范围较广，但对每一种微生物来讲只能在一定的温度范围内生长。
每种微生物都有3个基本温度：最低生长温度，低于这种温度微生物不再生长繁殖；最适生长温度，在此温度时生长速率最快；最高生长温度，在此温度以上微生物生长停止，出现死亡。微生物有各自的最适温度，一般是在20~70℃左右。个别微生物可在200~300℃的高温下生活。
2、微生物代谢
由于低温引起微生物酶促反应速度下降，必将导致活性污泥活性降低，使得生物处理反应速率下降。
温度对酶促反应速度的影响
尽管已证明嗜冷性微生物在低温下具有较高的污染物降解能力，并且已分离到几种耐低温酵母菌，但是由于嗜冷性微生物种类较少，且污水中的生物量也少，易在活性污泥中流失，所以其污染物去除能力没有很好的发挥出来。
又由于污水处理中的微生物大多数是适温微生物，适温微生物的最低生长温度为10℃，低于10℃时，起主要降解作用的中温菌已经失去了降解有机物的能力，而冷适微生物由于世代时间较长，并且受自身生理特性和各种生态因子的抑制作用，在数量上不能达到一定的程度，在量与质上并未形成优势群体，从而导致了生物处理效果的降低。
因此，低温条件下市政污水厂活性污泥中微生物种群数量少、活性低、分解有机物能力弱、处理效率低、出水水质差。
3、污泥吸附作用
水温在5℃以下时，温度对活性污泥初期吸附作用影响较大，水温愈低愈明显。0℃时初期吸附作用不明显，5℃的吸附曲线初期吸附作用较高，随着温度的升高，初期吸附效果变好。
这是因为冷适微生物所分泌的细胞外聚合物变少以及酶催化作用的减少降低了生化反应速度，低温时微生物本身代谢功能也逐渐减弱，吸附在活性污泥表面上的有机物，不能很快被降解，未降解的有机物在活性污泥吸附表面上有所积累，在一定程度上改变了被多糖类粘液层包覆的吸附表面的性质，污泥的表面活性恢复的较慢，从而降低了活性污泥的吸附作用。
如果延长生物反应时间，温度对于COD 去除率的影响将逐渐减少。这可以认为总吸附表面积不会因水温降低而减少，这就保证了低温吸附去除作用继续存在。
4、污泥的沉降
低温条件下活性污泥的沉速较小，常温条件下活性污泥的沉降性能明显好于低温条件下活性污泥的沉降性能。主要原因如下，常温条件下的中温菌分泌的胞外聚合物较多，使污泥的絮体结构密实、大小适中，容易形成大块絮状体沉淀下来，因此具有良好的沉降性能。
而低温条件下能够代谢外源物质的中温菌的数量少，活性低。冷适应微生物的数量虽然有所上升但和常温条件下的中温菌相比数量较少，活性也较低。
所以低温条件下微生物菌群的分泌能力低，胞外聚合物的数量大为减少，微生物间的相互作用变弱，从而导致活性污泥颗粒细碎，不易形成大颗粒絮状体，常常是细小的泥粒等速共沉，沉速较小，温度越低这种现象越明显。
从水质特点上分析，低温环境下，水的粘滞性增高，固体颗粒沉降阻力增大，降低了泥水分离效果，沉淀后的上清液仍有细小的悬浮颗粒随出水带走。
5、污泥的膨胀
有关研究表明在寒冷地区城市污水厂，除低氧、低负荷外，温度也确是影响污泥膨胀的重要因素。专家通过对膨胀污泥的显微观察和生化分析认为微丝菌属的小胸虫在低温条件下会引起污泥膨胀。
此细菌适合的生长环境是低温、低负荷，在这种环境下它的丝特别长，具有疏水性特点。低温导致丝状菌的过度生长是寒冷地区冬季和春季污泥膨胀的主要原因。
6、污泥的脱水
对于低温运行的活性污泥，颗粒密度是影响污泥比阻的主要因素，而对于常温活性污泥，颗粒大小才是影响污泥比阻的主要因素。同时，低温下丝状菌的大量出现导致了污泥絮体疏松、密度减小，进一步导致污泥比阻和沉降指数增大。
与常温运行活性污泥相比，低温运行活性污泥所携带的负电荷少而具有更高的亲水性；低温活性污泥的胞外分泌物中含有更多的粘性物质，使污泥的压缩性降低而难于沉降。