本研究针对城市生活污水,设计了无基质植物水培系统,研究了该系统运行过程中,植物、生物膜发育状态以及水处理效果。结果表明:（1）废水平均进水COD、NH3-N、TN、TP浓度分别为104.4mg·L^-1、39.3mg·L^-1、26.7mg·L^-1、3.3mg·L^-1,蕹菜系统和水稻系统的平均出水35.1mg·L^-1、1.9mg·L^-1、5.5mg·L^-1、0.3mg·L^-1和39.6mg·L^-1、2.6mg·L^-1、6.9mg·L^-1、0.8mg·L^-1,去除率分别为66%、93%、86%、90%和62%、90%、83%、77%。（2）污水出水水质与进水浓度相关,随着进水中污染物浓度的增大,出水浓度增大。当COD<108 mg·L^-1、NH3-N<3 2mg·L^-1、TN<47 mg·L^-1时,出水水质达到《城镇污水处理厂排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标。（3）随着反应级数的增加,单级出水中COD、NH₃-N、TN、TP的标准差、变异系数均逐级减小,提高了系统稳定性。同时从单级去除率、独立去除率、以及单位面积生物膜去除负荷和单位质量生物膜去除负荷变化情况可以看出,增加反应级有利于微生物实现结构和功能分区,系统运行更加高效。（4）系统中植物生物量随时间增加而增加,水中N、P元素影响植物的生殖生长。在试验中,水稻结穗量呈现“先增多后减少”的规律,在第3反应级中水稻结穗量最多。（5）系统中污染物及种植植物种类影响生物膜发育,蕹菜系统和水稻系统中StageⅠ、StageⅡ、StageⅢ、StageⅣ的单位面积生物膜生物量分别为1.60g·m^-2、1.33g·m^-2、0.63 g·m^-2、0.28g·m^-2和1.22g·m^-2、0.31g·m^-2、0.24g·m^-2、0.17 g·m^-2。