PSDファイル⇨PDFファイル⇨PSDファイル　閉じたあと開くと背景レイヤーに

Photoshop編集機能を保持のチェックが入っていない、あるいは保持できないPDF/Xの規格に準拠したPDFとして書き出しているのであれば、その時点で統合されているはずです。PDFで保存した後、別名保存でPSDとして保存する際に警告マークがありレイヤーのチェックが外れていると思います。このチェックを入れる事でコピーとして保存されるので望む結果は得られます。

お使いのPCのOS、Photoshopのバージョンが分かりませんが、同じ操作を行なってもレイヤーは保持されました。

PhotoshopでPDFに書き出す際、PDFをPSDファイルとして保存し直す際、詳細設定で「レイヤー」にチェックが入っているか、

PDFの書き出し設定で「Photoshop 編集機能を保持」にチェックが入っているか、

を確認してみてください。