本发明公开了一种低温下污水脱氮系统及其控制方法。系统包括依次连通的厌氧池、第一好氧池、第一缺氧池、第二好氧池、第二缺氧池、第三好氧池、第三缺氧池、第四好氧池和第五好氧池，二沉池连通第五好氧池和厌氧池；待处理的污水分别进入厌氧池和各缺氧池；各好氧池内均设置有帘式生物膜和监控仪表模块，还均连通有曝气装置；第一好氧池和第二好氧池均投加有硝化细菌，第三好氧池投加有球衣菌和原生动物，第四好氧池和第五好氧池均投加有后生动物。本发明通过设置多点进水，系统中氮碳比低，污水碳源利用率高，同步硝化反硝化、短程硝化反硝化接续进行；通过利用食物链捕食，使得更多类型的营养物质可以得到降解，提高污染物去除率约10％以上。