MongoDB nie jest magicznym akceleratorem zapytań. Twoja witryna nie wytrzyma 10-krotnego obciążenia tylko dlatego, że przełączysz się na mongo.
Sądząc po twoich liczbach, podejrzewam, że miało miejsce nasycenie zasobów. MySQL z pewnością może wykonać znacznie więcej niż 500 QPS.
Czy wiesz, jakie było Twoje wąskie gardło? Założę się, że masz znacznie mniej pamięci RAM niż potrzeba, dane muszą być pobrane z dysku, a dysk się nasyca. W tym momencie żadna technika DB nie pomoże, chyba że zdobędziesz więcej żelaza (lub usuniesz niektóre dane).
Jeśli chodzi o gorszą wydajność mongo, trudno powiedzieć bez szczegółów.