目前，国内外广泛采用的污水处理技术是活性污泥法。此方法有多个优点，如处理效果好、有机物降解率高、二次污染较少、能源消耗低和运营管理简单等。然而，该方法亦需要微生物适应环境，尤其在水温受自然环境因素影响的情况下，其运营存在一定难度。冬季污水处理厂的运营面临着水温低、污泥活性较差等问题，使得活性污泥的处理难度增加，不利于污水处理工作的进行。因此，如何确保污水处理厂在冬季正常运行，是一个急需解决的重大问题。
1、寒冷的冬季温度对于活性污泥的运作产生了一些影响。
温度是生态系统中的一个关键因素，对微生物的生长和生存至关重要，也是影响生物个体的生长、繁殖、新陈代谢以及生物种群分布和数量的决定性因素之一。此外，温度还会大大影响活性污泥的絮凝沉降性能、曝气池的充氧效率以及水的粘度。
微生物增殖
温度是影响微生物生长的一个关键因素。如果温度过低，会导致细胞膜凝固，导致无法有效地进行营养物质运输和形成质子梯度，从而影响微生物的生长。

细菌的生长速率与温度之间的关联
温度对微生物的生长有着明显的影响，主要反映在以下几个方面：
(1) 温度的变化会对酶的活性产生影响，进而影响酶催化反应的速率，最终影响细胞合成过程。
(2)影响细胞膜的流动性。温度升高时，细胞膜的流动性增强，有助于物质的传输；温度下降时，细胞膜的流动性减弱，不利于物质的传输。因此，温度的变化会影响营养物质的吸收和代谢产物的释放。
(3) 影响物质的溶解度。虽然微生物总体的生长温度范围较广，但对于每一种微生物来说，它们仅能在一定范围内生长。
每种微生物都有三个主要的温度范围：最低生长温度是微生物无法在低于该温度下生长和繁殖；最适生长温度是微生物生长速率最快的温度；最高生长温度是微生物生长停止并且出现死亡的温度。微生物各自有着最适宜的生长温度范围，通常在20~70℃左右。少数微生物可以在高达200~300℃的温度下生存。
微生物代谢
低温会导致微生物酶促反应速度减缓，进而使活性污泥活性降低，导致生物处理反应速率降低。

酶催化反应速度受温度影响。
尽管已经证明喜冷微生物在低温环境下有较高的降解污染物能力，并且已经分离出几种耐低温的酵母菌，但是由于喜冷微生物种类不多，而且在污水中的生物量也较少，容易在活性污泥中流失，因此它们的污染物去除能力并没有得到充分发挥。
由于污水处理中的大多数微生物是适宜生长的微生物，而这些微生物的最低适宜生长温度为10℃。当温度低于10℃时，对有机物原有降解作用很大的中温菌已经失去了降解的能力。与此同时，冷适微生物的繁殖时间较长，受自身生理特性和各种生态因子的抑制作用，数量无法达到一定的水平形成主导群体，从而导致了生物处理效果的降低。因此，在低温条件下，市政污水厂中活性污泥中微生物的数量较少，活性较低，分解有机物的能力较弱，处理效率低，并使出水水质下降。
3、污泥的吸附功能
当水温低于5℃时，温度对活性污泥的初期吸附效果有显著影响，水温越低效果越显著。0℃时初期吸附效果不明显，而在5℃时吸附效果较高，随着温度升高，初期吸附效果变得更好。这是因为低温会导致适冷微生物分泌的细胞外聚合物减少，加上酶的催化作用降低了生化反应速度，微生物本身的新陈代谢功能也会下降，这导致活性污泥表面上吸附的有机物无法快速降解，未降解的有机物会积累在表面，改变吸附表面的性质。表面活性慢慢恢复，活性污泥的吸附能力会减弱。但若延长生物反应时间，温度对化学需氧量去除率的影响逐渐降低。总的来说，吸附表面积不会因水温下降而减少，保证了低温下吸附去除仍能继续进行。
污泥的沉降

在低温条件下，活性污泥的沉降速度较慢。相比之下，在常温条件下，活性污泥的沉降性能更佳。这是因为在常温条件下，中温菌能够分泌更多的胞外聚合物，从而使污泥的絮体结构更紧密，大小适中，容易形成大块絮状体并沉淀下来，因此具有更好的沉降性能。而在低温条件下，能够代谢外源物质的中温菌数量较少且活性低，而冷适应微生物数量虽然有所上升，但相比较常温条件下的中温菌，数量和活性均较低。因此，在低温条件下微生物菌群分泌能力较低，胞外聚合物的数量大为减少，微生物间的相互作用变弱，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，沉速较慢。此外，从水质特点上考虑，低温环境下水的粘性增加，固体颗粒沉降阻力增大，降低了泥水分离效果，导致沉淀后的上清液仍有细小的悬浮颗粒被带走。

污泥的膨胀
研究表明，在寒冷地区的城市污水处理厂，除了低氧和低负荷外，温度也是影响污泥膨胀的一个重要因素。专家通过对膨胀污泥进行显微观察和生化分析发现，微丝菌属的小胸虫在低温条件下会引起污泥膨胀。这种细菌适应于低温和低负荷的生长环境，其细丝在这种情况下会异常延长，并具有疏水性特征。低温导致丝状菌过度生长是寒冷地区冬季和春季污泥膨胀的主要原因。
污泥的脱水
针对处于低温环境下运行的活性污泥而言，颗粒密度是影响污泥比阻的关键因素；而在常温下活性污泥情况下，颗粒大小才是决定污泥比阻的主要因素。同时，低温下出现大量丝状菌导致污泥絮体疏松、密度减小，从而进一步增加了污泥比阻和沉降指数。与常温条件下的活性污泥相比，低温下的活性污泥携带的负电荷较少，但具有更高的亲水性；低温下的活性污泥胞外分泌物中含有更多粘性物质，使得污泥的可压缩性降低，难以沉降。
污水处理设备