MongoDB není magický akcelerátor dotazů. Váš web neudrží desetinásobné zatížení jen proto, že přejdete na mongo.
Soudě podle vašich čísel mám podezření, že docházelo k saturaci zdrojů. MySQL určitě dokáže mnohem více než 500 QPS.
Víte, co bylo vaším úzkým hrdlem? Vsadil bych se, že máte mnohem méně RAM, než je potřeba, data se musí načítat z disku a disk se zasytí. V tuto chvíli vám žádný technik DB nepomůže, pokud nezískáte více železa (nebo nesmažete některá data).
Pokud jde o horší výkon mongo, je těžké říct bez specifik.