Запросы занимают намного больше времени, чем 1 с, и время чтения, скажем, файла 10 МБ. Они должны завершиться в 1.1-2 с. Здесь есть что-то подозрительное.
Закомментируйте прочитанное и верните новый байт [0]. Требуется ли сейчас 1,0 с? Есть ли у вас параллелизм сейчас?
Редактировать: Каким клиентом вы пользуетесь?
Редактировать 2: Отвечая на ваш комментарий, передача файла каким-то образом не ограничивает параллелизм. WCF не волнует, что вы делаете внутри вашего метода обслуживания. Он ничего не знает о файлах. Проблема в том, что ваш диск слишком медленный и что сериализация 36 МБ, вероятно, слишком медленная! Ваш сервер слишком медленный! Вы можете выяснить, является ли проблема с диском или сериализацией, заменив IO новым байтом [1024 *1024* 36].