Det är något konstigt i din var-klausul.
Om du testar:(A OCH B) ELLER (A ELLER B)
A => a.establishment_name LIKE '".$search_value."'
B => a.location_id = '".$location_search_value."'
OM A är sant, så finns det inget behov av att b är sant. Och detta förklarar att ditt tredje exempel inte fungerar. Jag tycker att du ska testa ditt värde och skapa den korrekta WHERE-satsen baserat på din förklaring.
if($search_value != "" && $location_search_value == "") {
$where = "a.establishment_name LIKE '".$search_value."'";
} else if ($search_value == "" && $location_search_value != "") {
$where = "a.location_id = '".$location_search_value."'";
} else {
$where = "(a.establishment_name LIKE '".$search_value."' AND a.location_id = '".$location_search_value."')";
}
$query = "SELECT a.*, b.location_name ".
"FROM establishment a ".
"JOIN location b ON a.location_id = b.location_id ".
"WHERE ".$where;