温度是影响细菌生长和代谢的重要环境条件。绝大多数微生物正常生长温度为20~35℃。温度主要是通过影响微生物细胞内某些酶的活性而影响微生物的生长和代谢速率，进而影响污泥产率、污染物的去除效率和速率；温度还会影响污染物降解途径、中间产物的形成以及各种物质在溶液中的溶解度，以及有可能影响到产气量和成分等。低温减弱了微生物体内细胞质的流动性，进而影响了物质传输等代谢过程，并且普遍认为低温将会导致活性污泥的吸附性能和沉降性能下降，以及使微生物群落发生变化。低温对微生物活性的抑制，不同于高温带来的毁灭性影响，其抑制作用通常是可恢复的。
硝化细菌
生物硝化反应可以在4~45℃的温度范围内进行。氨氧化细菌（AOB）最佳生长温度为25~30℃，亚硝酸氧化细菌（NOB）的最佳生长温度为25~30℃。
温度不但影响硝化菌的生长，而且影响硝化菌的活性。有研究表明，硝化细菌最适宜的生长温度为25~30℃，当温度小于15℃时硝化速率明显下降，硝化细菌的活性也大幅度降低，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。
反硝化细菌
反硝化细菌生长的最佳温度为25~35℃，而我国冬季气温通常低于20℃，低温成为冬季微生物反硝化脱氮的限制性因素。目前关于反硝化细菌的研究主要集中于对硝酸盐去除能力的提高，对低温限制下低浓度硝酸盐水体中反硝化作用的研究仍然较少。
高温（高于40℃）可以杀死微生物，主要是由于它使微生物的蛋白质和核酸等重要生物高分子发生变性，破坏。在未对硝化菌和反硝化菌培养的前提下，高温将使菌种基本失去作用。
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