本发明公开了一种适于低温运行的人工湿地系统及其运行方法，属于人工湿地处理领域。本发明包括调节池、缺氧水平潜流人工湿地、厌氧水平潜流人工湿地、好氧垂直流人工湿地、新型隔热保温材料、磷吸附池、水泵、含自吸式虹吸管的集水池及布水管道组成的适合低温地区的污水处理系统。处理污水由进水口进入调节池，经处理后进入缺氧水平潜流人工湿地，然后依次进入厌氧水平潜流人工湿地、好氧垂直流人工湿地，出水达标排放。本发明通过高效脱氮除磷工艺、增设新型隔热材料和磷吸附池，既有效回收部分资源，降低了运行费用，又提高了处理效率，实现了在寒冷气候条件下的冬季也可以高效稳定运行，为冬季低温地区提供了一种新型污水处理技术。