生物脱氮对环境条件敏感，容易受温度变化影响，由于四季的交替和所处的地理位置影响，若不加以人工调控，硝化很容易出现问题，导致氨氮超标。
生物脱氮的基本原理就是先利用好氧阶段，通过硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用，将NH3-N通过硝化作用转化为NO2-和NO3-。然后在缺氧条件下，通过反硝化作用将硝氮转化为N2，N2随后溢出水面释放到大气，参与自然界N的循环，从而达到降低水中氮含量的目的。氨氧化细菌（AOB，就是把氨氮变成亚硝酸盐的细菌）最佳生长温度为25~30℃，亚硝酸氧化细菌（NOB，就是把亚硝酸盐变成硝酸盐的细菌）的最佳生长温度为25~30℃。硝化菌对温度较为敏感，温度不但会降低硝化菌的比增长速率，并且会降低其生物活性。在温度低于15℃时，硝化速率急剧降低。另一方面，反硝化反应的适宜温度为20～35℃，低于15℃时，反硝化细菌的繁殖速率、代谢速率和生物活性也都会降低，从而导致脱氮效果下降。当温度低于5℃时，硝化细菌的生命活动几乎停止。大量的研究表明，硝化作用会受到温度的严重影响，尤其是温度冲击的影响更加明显。现行的解决办法非常有限，在我国部分北方城市常用的措施有：(1) 曝气池、二沉池等池壁采用发泡保温板保温，外砌砖围护（炉渣、膨胀珍珠岩等填充）结构，池顶加盖等保温措施；(2) 鼓风机一侧设空气预热室，将冬季-10～-20℃的冷空气预热到5～8℃；空气管道设置管廊，便于保温处理等。(3) 适当加热污泥，包括回流污泥；(4) 用热蒸汽给进入曝气池的污水加热。现行的这些办法都将会增加污水处理的运行成本。提高泥龄的最终表现是MLSS的提高，冬季微生物增殖缓慢，做为自养菌的硝化细菌增殖更为缓慢，提高泥龄可以使硝化细菌能保持在一定的范围内（颜胖子：目的是保证硝化细菌为优势菌种），并且适当提高污泥浓度MLSS，在细菌代谢能力下降的前提下，可以使总量的污泥代谢能力能保持稳定。通常，温度每降低1℃，硝化菌比增长速率降低10%，因此，欲维持与常温期相同的硝化菌浓度，温度每降低1℃时泥龄需相应提高10%。所以，降低污泥负荷，在实际操作中可以有效降低温度对系统处理效果的负面影响。为了弥补低温对系统带来的不利影响，可以通过提高溶解氧浓度的措施。有研究表明，初始溶解氧为2mg/L时，为取得相同的硝化速率，温度每下降1℃，溶解氧浓度相应提高10%。溶解氧是生物硝化的重要环境因素，一般应在2mg/L以上，最低控制在0.5～0.7mg/L。对于同时去除有机物和进行硝化、反硝化的工艺，硝化菌在活性污泥中约占5%，大部分硝化菌位于生物絮体内部。因此，溶解氧浓度的增加，将提高溶解氧对生物絮体的穿透力，提高硝化反应速率。经固定化处理后，微生物的抗逆性能提高，能耐受外界环境的变化，从而保持了较高的活性。此外，微生物经包埋固定后持留能力得以增强，可望实现反应器的快速启动和高效稳定运行。通过固定化可以削弱温度变化对硝化作用的影响。有学者研究了固定化硝化菌在不同温度下对氨氮的去除效能，采用聚乙烯醇-硼酸包埋法固定常温富集培养的含耐冷菌的硝化污泥，用于处理常温和低温生活污水。结果表明，经过固定化处理的硝化菌群即使在低温条件下，也表现出了较高的硝化效率（＞80%）。也有学者开展了固定化反硝化细菌脱氮的研究，结果表明，经过固定化处理，提高了反硝化细菌对温度的适应性，固定化反硝化细菌对高浓度的铵离子和低温的耐受性增加。固定化是一种有效的技术手段，然而也会使微生物活性有所降低，且固定化后，传质阻力会增大，氧的传质阻碍尤为明显，固定化更能在厌氧条件下发挥其优势。此外，其成本也有待技术经济评估。驯化就是人为的在某一特定环境条件长期处理某一微生物群体，同时不断将它们进行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老育种方法。微生物的驯化是脱氮工艺运用到低温环境中的重要措施，使微生物体内的酶和细胞膜的脂类组成能够适应低温环境，并能在低温条件下发挥作用。大量研究表明，通过适当的驯化策略，经历一定的驯化时间，低温脱氮工艺可以实现稳定运行。有学者认为，如果将AOB的运行温度从30℃直接降至5℃，会导致其失活。逐步降低运行温度，AOB可调整细胞膜中的脂肪酸类型使其在低温条件下不易冻结。出水氨氮作为污水处理厂重要指标之一，由于硝化细菌对温度非常敏感，冬季温度较低时，对出水氨氮的指标影响最明显，并且指标上升较快，常常让运行人员措手不及。通过对机理及影响因素的分析，可帮助我们更快地采取有效的控制措施，缩短硝化系统的恢复时间。
